Бурение горизонтальных скважин параметры отклоняющие устройства. Как проводят горизонтальное бурение нефтяных скважин? Особенности строения горизонтальной скважины

Горизонтальные скважины эффективно использовались в следующих случаях:

  • 1. В трещиноватых коллекторах горизонтальные скважины использовались для того, чтобы пересечь трещины с целью эффективного дренирования коллектора (примеры: Bakken formation, Северная Дакота, США; Austin Chalk, Штат Техас, США и Devonian Shale, Западная Вирджиния, США).
  • 2. В коллекторах с опасностью водных и газовых прорывов горизонтальные скважины использовались, чтобы минимизировать проблемы обводнения и повышать нефтедобычу (например: месторождение Rospo Маге, морское бурение, Италия; месторождение Helder, морское бурение, Нидерланды; месторождение Bima, Индонезия; Prudhoe Bay, Штат Аляска, США и Empire Abo Unit, Новая Мексика, США).
  • 3. При добыче газа горизонтальные скважины могут использоваться как в коллекторах с низкой проницаемостью, так и в коллекторах с высокой проницаемостью. В низко-проницаемых коллекторах горизонтальные скважины могут улучшить дренажную зону и сократить число скважин, которые требуются для дренирования коллектора. В коллекторах с высокопроницаемым коллектором, где скорости газа в прискважинной зоне высоки в вертикальных скважинах, горизонтальные скважины могут использоваться для того, чтобы снизить скорости газа в прискважинной зоне. Таким образом, горизонтальные скважины могут использоваться для уменьшения турбулентности в прискважинной зоне и увеличения производительности скважины в коллекторах с высокой проницаемостью. Недавнее применение технологии горизонтального бурения на газовом месторождении Zuidwal в Нидерландах подтверждает эффективность горизонтальных скважин в снижении турбулентности в прискважинной зоне.
  • 4. Горизонтальные скважины использовались для увеличения нефтеотдачи пласта, особенно с применением термических методов воздействия на пласт. Длинная горизонтальная скважина обеспечивает большую область контакта с коллектором и поэтому повышает приемистость нагнетательной скважины. Это особенно выгодно в тех случаях увеличения нефтеотдачи, когда приемистость является проблемой. Горизонтальные скважины также использовались как эксплуатационные.

Надлежащая ориентация горизонтальных скважин, особенно в трещиноватых коллекторах, может также повысить эффективность вытеснения при интенсификации нефтеотдачи пласта. С недавних пор горизонтальные скважины используются в обводненных районах для закачки полимеров и других агентов для повышения эффективности вытеснения нефти.

Другие случаи применения горизонтальных скважин связаны, главным образом, с преодолением финансовых проблем, обусловленных бурением. На морских месторождениях, на отдаленных месторождениях в чувствительных к загрязнениям областях, где стоимость проекта может быть снижена только путем сокращения до минимума числа скважин, которые требуются для дренирования данного коллектора, горизонтальные скважины очень предпочтительны. В этих случаях горизонтальные скважины обеспечивают уникальные преимущества. Например, при бурении морских скважин затраты на содержание платформы пропорциональны количеству скважин, которые можно пробурить с этой платформы. Протяженные горизонтальные скважины могут использоваться не только для того, чтобы сократить число скважин, требуемых для дренирования данного объема коллектора, но они могут также увеличить объем коллектора, который может быть дренирован с Одной платформы, и значительно сократить проектные затраты. Аналогично в чувствительных к загрязнению областях и на месторождениях, находящихся под городами, горизонтальные (скважины могут использоваться для дренирования большого объема коллектора с минимальным поверхностным ущербом с позиций экологии).

Таблица 1.1 Пробуренные горизонтальные скважины

Компания *

Месторождение

Кол-во скважин

ЯРЕГА, СССР

LEO RANNEY, et al.

McCONNESVILLE, OHIO

FRANKLIN HENRY FIELD, VENAGO COUNTY, PENNSYLVANIA

ROUND MOUNTAIN FIELD, KERN COUNTY, CALIFORNIA

NEW TECH OIL, MALTA, OHIO

MIDWAY SUNSET, SAN JOAQUIN VALLEY, CALIFORNIA

VENEZUELAN OIL CONCESSIONS,LTD

LA PAS FIELD, WESTERN VENEZUELA.

LONG BEACH OIL DEVELOPMENT CO

LOS ANGELES BASIN AREA (WILMINGTON FIELD)

MAPKOBO, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ, СССР

COLD LAKE, ALBERTA

TISDALE, WYOMING

FORT McMURRY, ALBERTA

NORMAL WELLS UNDER McKENZIE RIVER, ALBERTA, CANADA

ELF-AQUITAINE ELF-AQUITAINE

LACQ FIELD,SOUTHWEST FRANCE LACQ FIELD, SOUTHWEST FRANCE

ELF-AQUITAINE ELF-AQUITAINE

ROSPO MARE, OFFSHORE ITALY CASTERLA LOU, SOUTH FRANCE

EMPIRE ABO UNIT, NEW MEXICO

EMPIRE ABO UNIT, NEW MEXICO

LEHRTE FIELD, W.GERMANY

COLD LAKE, ALBERTA

FAZENDA BELAM FIIELD

McMULLEN CO., TEXAS

GLASSOCK CO., TEXAS

PRUDHOE BAY, ALASKA

NIAGARAN REEF TREND RESERVOIR, MUSKEGAN COUNTY, MICHIGAN

TEXAS EASTERN SKYLINE

GRASSY TRAIL, UTAH

JAVA SEA, RAMA 1-7

AUSTIN CHALK, ROCKWELL COUNTY, TEXAS

SPRABERRY TREND, TEXAS

WAYNE COUNTRY, WEST VIRGINIA

САЛЫМСКОЕ, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ

Ежегодно в ЦВК «Экспоцентр» проходит международная выставка «Нетфегаз» на тему «Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса». Одна из тем, которая будет рассмотрена на выставке – это «бурение горизонтальных скважин».

В 1846 году недалеко от города Баку было выполнено первое бурение. Целью его проведения была и остается добыча нефти в месторождениях, которые имеют трещины с вертикальным уклоном.

С помощью технологии горизонтального бурения появилась возможность сделать горизонтальными те скважины, которые имеют сильное отклонение от вертикальной оси. Под сильным отклонением подразумевается угол глубины не менее 80 градусов, чтобы скважина оказалась в нефтеносном слое и располагалась параллельно ему.

Горизонтальное бурение скважин позволяет достигнуть нефтеносных слоев, расположенных в нескольких километрах от места бурения. Такой метод бурения не только эффективный, но и безопасный для сохранения экологии и природного ландшафта.

Для создания горизонтальных скважин применяют кабельные технологии, которые помогают добиться нужных результатов в геофизических исследованиях.

Особенности бурения горизонтальных скважин

В нефтяной отрасли для достижения нужного слоя в породе, которая подвергается бурению, используют 2 основные технологии:

  1. Многоствольное бурение. Увеличивает дренажную зону и образующаяся скважина заменяет несколько «обычных» и снижает затраты на проведение работы.

  2. Роторное бурение. Применяется при автоматическом управлении процессом. Данный метод эффективный, но дорогостоящий, поэтому многие компании продолжают бурить традиционным способом.

Скважины могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными. Наклонные скважины появляются естественным и искусственным способами.

Бурение горизонтально-направленных скважин – отдельная технология наклонного бурения, которая используется для увеличения нефтеотдачи при первом же освоении земли. Она имеет перспективное направление, ведь коэффициент добычи углеводородов вырастает, а затраты сокращаются из-за уменьшения сетки бурения.

Бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин производится по специальным профилям, которые могут меняться, но при этом ствол скважины должен оставаться вертикальным.

Увеличение объёмов ствола вызвало необходимость разработки новых технологий.

Сейчас разработка новых месторождений ведется с помощью горизонтальных многозабойных скважин. Эту технологию, по праву, можно считать передовой в нефтедобывающей промышленности.

Бурение многозабойных горизонтально разветвленных скважин ускоряет изучение новых нефтегазовых месторождений, умножает нефтегазоотдачу пластов, уменьшает материальные вложения.

Бурение многозабойных горизонтально разветвленных скважин применяется в таких случаях:

  • при отклонении ствола от зоны разрыва пласта;

  • при необходимости повторного бурения нижней части ствола в рабочей скважине;

  • когда производят бурение наклонных и горизонтальных скважин;

  • для дегазации угольного пласта;

  • при вскрытии продуктивных пластов.

С помощью разветвленных скважин в технологии направленного бурения решаются приоритетные задачи освоения месторождений:

  • разработка нефтяных недр земли с низкими коллекторскими свойствами продуктивного пласта;

  • уменьшение числа скважин, необходимых для разработки локаций нефти и газа;

  • добыча высоковязкой нефти с большой глубины.

Многозабойное бурение развивается стремительными темпами. Его суть состоит в том, что из базового ствола скважины с определенной глубины проводят один или несколько стволов, а значит, ствол может неоднократно использоваться.

Первая многозабойная скважина была сделана в 1953 году недалеко от Башкортостана.

Преимущества горизонтального бурения и способы его применения

В нынешнее время в нефтедобывающей наблюдается медленное истощение запасов и все большая их часть приходится на труднодосягаемые месторождения. Сложность добычи в том, что они характеризуются высокой вязкостью нефти и шельфами морей.

Чтобы облегчить этот процесс применяют горизонтальное бурение нефтяных и газовых скважин. При их строительстве используется иностранное и российское оборудование, главным критерием которого является эффективность.

Максимально стараются использовать отечественное оборудование, но в виду отсутствия некоторых специальных приборов приходится прибегать к покупке импортных.

Несмотря на то, что строительство горизонтальных скважин выше на 10-15%, чем вертикальных, их применение имеет немало плюсов:

  • добыча нефти на дне крупных водоемов;

  • рост добычи нефти и газа;

  • исключение негативного влияния на окружающую среду;

  • прокладка подземных коммуникаций.

Основой успешного строительства подземных коммуникаций является наличие специализированного и мощного оборудования. Когда кабельные системы или коммуникации нужно проложить там, где делать этого категорически нельзя, используют технологию бестраншейного строительства.

Бурение пилотной скважины машиной горизонтального бурения – один из наиболее популярных способов рытья траншеи. Он появился сравнительно недавно и является уникальным в своем роде.

При бурении не затрагивается верхний слой почвы и позволяет прокладку различных коммуникаций в густонаселенных городах. Благодаря такому методу рельеф местности остается без изменений, сохраняется слой почвы и зеленые насаждения.

В основном, к выполнению работ привлекается одна бригада, что позволяет сократить затраты примерно на 20%. Перед тем как начать работу, досконально изучают свойства и состав грунта, обязательно оформляют необходимые документы на согласие производимых работ.

Бурение скважин с горизонтальным окончанием разумно использовать для предварительной промысловой добычи из недр земли. Данный способ бурения требует подробного изучения газоотдачи пластов с применением скважин с горизонтальным стволом, при этом следует учитывать множество факторов.

Перед выполнением действий проводятся следующие работы:

1.Анализируют и оценивают целесообразность применения пластов. Для предварительной дегазации высокогазоносных угольных пластов, бурение опережающих пластовых скважин – наиболее разумный метод для понижения газовыделения в очистных забоях и промежуточных выработках угольных шахт.

2. Подводят итоги применения и оценивают бурение горизонтальных нефтяных скважин при разработке месторождений газа и нефти. Использование таких буровых увеличивается при снижении мощности пласта и возрастании неоднородности его строения. Одна горизонтальная скважина может заменить примерно 5 вертикальных.

3. Прогнозируют возможность использования скважин для добычи метана из угольных пластов.

Компании по бурению горизонтальных скважин на выставке

Нефтегазовая промышленность стремительно развивается. Поэтому стало уместным проведение различных семинаров, форумов и выставок в международном формате. Одним из таких мероприятий является международная выставка «Нефтегаз» , которая пройдет в ЦВК «Экспоцентр».

Посетить выставку можно весной в городе Москва. Мероприятие посвящено современным технологиям в сфере нефтегазовой промышленности.

Среди экспонентов есть российские и зарубежные представители. Их цель – поддержка и укрепление имиджа компании, заключение выгодных контрактов и обмен опытом со своими единомышленниками.

Одна из тем, которая будет затронута на проекте в достаточном размере – бурение горизонтальных скважин на нефть и газ. Она является одной из наиболее перспективных в нефтегазовом производстве.

Экспозиция использует новые маркетинговые и выставочные технологии, предоставляя всем присутствующим максимально удобные условия для создания деловых контактов в формате «B2B».

«Нефтегаз» – мощная основа для развития нефтегазового бизнеса и совершенствования технологий.

В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации добычи нефти и полноты ее извлечения из недр является разработка месторождений с использованием горизонтальных скважин (ГС) и боковых горизонтальных стволов (БГС).

Принято считать, что самая первая нефтяная скважина с горизонтальным участком пробурена в 1937 году на Ярегском месторождении (Республика Коми). Однако, горизонтальное бурение не нашло своего развития и промышленного применения в нашей стране. По состоянию на начало 2000 года в мире пробурено более 20 тысяч горизонтальных скважин, из них на Россию приходится ориентировочно 2000 ГС и БГС.

Изначально бурение горизонтальных стволов применялось при разработке залежей в условиях наличия пластовой воды в непосредственной близости от кромки пласта. Это служило причиной быстрого обводнения обычных вертикальных скважин; горизонтальные же скважины, проведенные вдоль кромки пласта, оказались способны обеспечивать более длительный период безводной эксплуатации при лучших возможностях по отбору нефти и газа.

Особое значение ГС и БГС имеют на месторождениях, которые находятся на поздней стадии разработки. В неоднородных коллекторах по различным причинам остаются невыработанные пропластки, целики и другие зоны. Данные промысловых и геофизических исследований в добывающих и нагнетательных скважинах указывают на неравномерность выработки нефти из пород с высокой послойной неоднородностью.

В основном вырабатываются высокопроницаемые прослои. Охват выработкой продуктивной части разреза скважины составляет от 40 до 60 и более процентов. Из-за близости водонефтяных (ВНК) и газонефтяных (ГНК) контактов часто не вскрываются перфорацией целые прослои продуктивных пород, которые не могут быть вовлечены в разработку обычными методами. Если вскрывать продуктивный пласт вблизи ВНК, то можно вскорости получить прорыв воды в скважину, а если вскрывать продуктивный пласт вблизи газонефтяного контакта, то возможны прорывы газа в нефтяную часть нефтяного пласта и т.д.

Опыт эксплуатации горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также боковых горизонтальных стволов в отработанных, нерентабельных скважинах у нас в стране и за рубежом показывает, что горизонтальные скважины и боковые горизонтальные стволы позволяют:

1. Повышать нефтеизвлечение из недр за счет увеличения площади фильтрации и интенсификации перетоков нефти и газа из залежи, а также за счет повышения эффективности процессов воздействия на пласт.

2. Значительно повышать дебиты нефти и газа в сравнении с вертикальными скважинами за счет увеличения площади фильтрации.

3. Продлевать безводный или малообводненный период нефтяных скважин.

4. Восстанавливать продуктивность месторождений на поздней стадии разработки.

5. В бездействующих и малодебитных скважинах, фонд которых в России исчисляется десятками тысяч, не только восстанавливать, но и значительно увеличивать, по сравнению с первоначальным (при вводе месторождения в разработку), дебит нефти и газа.

6. Повышать эффективность создания и эксплуатации подземных хранилищ газа.

7. Снижать объемы бурения скважин при вводе в разработку нефтяных и газовых месторождений.

8. Снижать объемы капитальных вложений, особенно в заболоченных и залесенных местах.

Бурение горизонтальной скважины примерно в 1,5 раза дороже вертикальной.

К недостаткам разработки разработки нефтяных месторождений с использованием горизонтальных скважин относятся высокая стоимость разработки и эксплуатации; трудо - и наукоемкость бурения и заканчивания скважин; сложности при проведении геофизических исследований скважин (ГИС), перфорации и обработок призабойной зоны (ОПЗ).

Все горизонтальные скважины классифицируются по радиусу искривления ствола скважин при переходе от вертикальной составляющей к горизонтальной: малым радиусом, со средним радиусом, с большим радиусом. ГС с большим и малым радиусом чаще всего применяются при разработке морских месторождений.

Горизонтальные скважины эффективнее вертикальных скважин (ВС) в резервуарах с низкой проницаемостью из-за того, что перфорированная часть ствола ГС во много раз больше перфорированной части ствола вертикальной скважины. Следовательно, дебиты горизонтальных скважин выше. ГС в пластах с естественной трещиноватостью имеет более высокий дебит, чем ВС, т.к у ВС меньше шансов пересечься с естественной системой трещин.

По данным института «ВНИИнефть», для бурения горизонтальных скважин в России имеются огромные перспективы: в нашей стране более 6 млрд. т извлекаемых запасов нефти в низкопроницаемых коллекторах; более 4 млрд. т нефти – в газонефтяных месторождениях; 2,5 млрд. тонн тяжелых нефтей; 2,3 млрд. т нефти в карбонатных коллекторах; около 3 млрд. т в заводненных залежах со степенью выработанности запасов нефти более 50%. Кроме этого, в России имеются десятки млрд. т битумов,

где метод горизонтальных скважин может быть эффективно использован.

В то же самое время горизонтальные скважины не могут рассматриваться как «панацея» для всех без исключения случаев и месторождений. Имеются и отдельные примеры невысокой эффективности горизонтальных скважин вследствие различных причин: не учет геологического строения пласта и его неоднородности, значительной интерференции скважин с дренированием удельных объемов соседних скважин и т.д. Поэтому возможность применения горизонтальные скважин в каждом конкретном случае должна обосновываться технико-экономическими расчетами показателей разработки месторождения или отдельных его залежей и блоков.

В настоящее время за рубежом при разработке нефтяных и газовых месторождений в основном применяют горизонтальные скважины. Основной объем горизонтального бурения, по данным журнала «Нефть и газ» (США) за 1995 год, приходился на США и Канаду, где в настоящее время горизонтальными скважинами разрабатываются 334 месторождения.

С конца 70-х годов прошлого столетия в нашей стране все чаще стали применять наклонно-направленное бурение скважин, когда проходка скважины ведется в заданном направлении с искусственным отклонением от вертикали. Искусственное отклонение – это бурение ствола скважины в запланированном направлении с достижением забоя в заданной точке.

Скважины с искусственным отклонением бывают наклонные, горизонтальные, разветвленно-горизонтальные, многоствольные и т.д.

Такие скважины чаще всего применяются:

– при разработке нефтяных месторождений, залегающих под дном океанов, морей, озер, рек;

– при бурении скважин, расположенных на участках земли с сильно пересеченным рельефом местности (горы, овраги); – для тушения пожаров (горящих фонтанов нефти или газа), ликвидации открытых выбросов нефти и газа;

– при кустовом бурении с целью сохранения пахотных участков земель, снижения капитальных вложений на бурение и обустройство месторождения, а также эксплуатационных затрат на обслуживание скважин и оборудования;

– при бурении нефтяных скважин, расположенных под соляными залежами, в связи с трудностью бурения при проходке этих залежей. При бурении наклоннонаправленных и горизонтальных скважин в качестве забойных двигателей используются турбобуры, винтовые двигатели и электробуры. С целью искусственного искривления ствола скважины в заданном направлении применяются отклоняющие устройства. Отклоняющие устройства предназначаются для создания на долоте отклоняющего усилия или наклона оси долота к оси скважины. При бурении горизонтальных скважин с забойными двигателями в качестве отклоняющих устройств применяют турбинные отклонители, отклонители на базе винтовых забойных двигателей, механизмы искривления (МИ)

(в электробурении), отклонители с накладкой, забойные двигатели с эксцентричным ниппелем. В роторном бурении применяют отклоняющие клинья, шарнирные отклонители и т.п. К преимуществам этой технологии относятся сокращение числа вертикальных и наклонно направленных сква­жин в 2-4 раза и снижение объема капитальных вложений, увеличение текущей добычи нефти и нефтеотдачи за счет повышения коэффициента охвата, возможность ввода в разработку сложнопостроенных залежей с низкопроницаемыми и неоднородными коллекторами залежей с высоковязкими нефтями. Важной особенностью является то, что горизонтальный ствол длиной в сотню метров может вскрыть в неоднородном пласте один или несколько участков повышенной продуктивности.

В России в настоящее время работы по бурению ГС и БГС осуществляются в различных нефтегазодобывающих регионах (Западная Сибирь, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан и др.).

В 2009 году было построено 443 скважины в горизонтальном бурении при средней глубине 3016 метров. В предыдущем году таких скважин было построено на 15% больше: 523 при средней глубине 3153 метра. Если сравнивать с 2005 годом, то сейчас горизонтальных скважин построено на 6,5% больше (было 416 скважин протяженностью 2846 метров). И пять лет назад, и сейчас в горизонтальном бурении лидирует «Сургутнефтегаз». Правда, доля компании уменьшилась за это время с 49% до 35%.Из общего количества нефтяных скважин, построенных в 2009 году, на долю горизонтальных приходится около 8%. В 2005 году - 11%. Говорить о том, что строительство скважин горизонтального типа бурно развивается, не приходится.

Первая ГСв Удмуртии пробурена в 1992 году на Мишкииском месторождении. В промышленных объемах горизонтальное бурение месторождении реализуется с 1995 года. К сожалению, из нефтедобывающих предприятий более-менее полные данные есть только по ОАО "Удмуртнефть" По состоянию на 1 января 2012 года в ОАО "Удмуртнефть" в составе эксплуатационного фонда скважин насчитывается 93 ГС и 198 БГС. Распределение ГС и БГС по месторождениям ОАО «Удмуртнефть» показано в таблице 22.

Таблица 22 Распределение ГС и БГС по месторождениям ОАО «Удмуртнефть»

Горизонтальные скважины(ГС) Боковые горизонтальные стволы (БГС)
Всего на 01.01.2012 Месторождение Всего на 01.01.2012
Месторождение Всего на 01.01.2012 Месторождение Всего на 01.01.2012
Южно-Киенгопское Южно-Киенгопское
Гремихинское Гремихинское
Киенгопское Киенгопское
Ижевское Ижевское
Лудошурское Лудошурское
Кезское Кезское
Чутырское Чутырское
Мишкинское Мишкинское
Котовское Котовское
Ельниковское Ельниковское
Лиственское Лиственское
Кырыкмасское Кырыкмасское
Мещеряковское Мещеряковское
Лозолюкско-Зуринское Лозолюкско-Зуринское
Котовское Котовское
Ончугинское Ончугинское
Михайловское Михайловское
Прикамское Прикамское
Красногорское Красногорское
Ломовское Ломовское
Восточно-Красногорское Восточно-Красногорское
Карсовайское Карсовайское
Есенейское Есенейское

По состоянию на 01.01.20011 г. в "Белкамнефть» построено 2 БГС.

В ОАО "Татнефть"(на 01.01.2011 г) эксплуатировались 428 горизонтальных скважин (ГС) и 76 многозабойных (МЗГС), из них в 2009 г. введены в эксплуатацию 43 ГС и 9 МЗГС с начальным дебитом 12,6 и 16,2 т/сут. нефти соответственно. В ОАО АНК “Башнефть” (на 01.01.2001г!?) пробурено более 250 ГС, БС и БГС.

Сверхглубокое бурение

По существующей классификации к глубоким относятся скважины глубиной 3 000-6000 м, а к сверхглубоким - глубиной 6 000 м и более.

В 1958 году в США появилась программа сверхглубокого бурения «Мохол». Это один из самых смелых и загадочных проектов послевоенной Америки. Как и многие другие программы, «Мохол» был призван обогнать СССР в научном соперничестве, установив мировой рекорд в сверхглубоком бурении. Название проекта происходит от слов «Мохоровичич» - это фамилия хорватского ученого, который выделил поверхность раздела между земной корой и мантией - границу Мохо, и «hole», что по-английски значит «скважина». Создатели программы решили бурить в океане, где, по данным геофизиков, земная кора значительно тоньше, чем на материках. Надо было спустить трубы на несколько километров в воду, пройти 5 километров океанского дна и достичь верхней мантии.

В апреле 1961 года у острова Гваделупа в Карибском море, где водная толща достигает 3,5 км, геологи пробурили пять скважин, самая глубокая из них вошла в дно на 183 метра. По предварительным расчетам, в этом месте под осадочными породами ожидали встретить верхний слой земной коры - гранитный. Но поднятый из-под осадков керн содержал чистые базальты - эдакий антипод гранитов. Результат бурения обескуражил и в то же время окрылил ученых, они стали готовить новую фазу бурения. Но когда стоимость проекта перевалила за 100 млн. долларов, конгресс США прекратил финансирование. «Мохол» не ответил ни на один из поставленных вопросов, но он показал главное - сверхглубокое бурение в океане возможно.

С тех пор мир заболел сверхглубоким бурением. В США готовили новую программу изучения океанского дна (Deep Sea Drilling Project). Построенное специально для этого проекта судно «Гломар Челленджер» несколько лет провело в водах различных океанов и морей, пробурив в их дне почти 800 скважин, достигнув максимальной глубины 760 м. К середине 1980-х годов результаты морского бурения подтвердили теорию тектоники плит. Геология как наука родилась заново. Тем временем Россия шла своим путем. Интерес к проблеме, разбуженный успехами США, вылился в программу «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», но не в океане, а на континенте. Несмотря на многовековую историю, континентальное бурение представлялось совершенно новым делом. Ведь речь шла о недостижимых ранее глубинах - более 7 километров. В 1962 году Никита Хрущев утвердил эту программу, хотя руководствовался он скорее политическими мотивами, нежели научными. Ему не хотелось отстать от США.

Возглавил вновь созданную лабораторию при Институте буровой техники известный нефтяник доктор технических наук Николай Тимофеев. Ему было поручено обосновать возможность сверхглубокого бурения в кристаллических породах - гранитах и гнейсах. На исследования ушло 4 года, и в 1966 году эксперты вынесли вердикт - бурить можно, причем не обязательно техникой завтрашнего дня, достаточно того оборудования, что уже есть. Главная проблема - жара на глубине. Согласно расчетам, по мере внедрения в горные породы, слагающие земную кору, температура должна увеличиваться через каждые 33 метра на 1 градус. Значит, на глубине 10 км надо ожидать порядка 300°С, а на 15 км - почти 500°С. Такого нагрева бурильные инструменты и приборы не выдержат. Надо было искать место, где недра не столь горячи…

Такое место нашли - древний кристаллической щит Кольского полуострова. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова. По их данным, первые 7 километров - это гранитные толщи верхней части земной коры, потом начинается базальтовый слой. Тогда представление о двухслойном строении земной коры было общепринятым. Но как оказалось позднее, и физики, и геофизики ошибались. Площадку для буровой выбрали на северной оконечности Кольского полуострова близ озера Вильгискоддеоайвинъярви. По-фински это значит «Под волчьей горой», хотя ни горы, ни волков в том месте нет. К бурению скважины, проектная глубина которой составляла 15 километров, приступили в мае 1970 года. Создания принципиально новых устройств и гигантских машин бурение Кольской скважины СГ-3 не требовало. Начинали работать с тем, что уже имелось: установка «Уралмаш 4Э» грузоподъемностью 200 тонн и легкосплавные трубы. Что действительно было нужно на тот момент, так это нестандартные технологические решения. Ведь в твердых кристаллических породах на столь большую глубину никто не бурил, и что там будет, представляли себе только в общих чертах. Опытные буровики, однако, понимали, что каким бы детальным ни был проект, реальная скважина окажется намного сложнее. Через 5 лет, когда глубина скважины СГ-3 превысила 7 километров, смонтировали новую буровую установку «Уралмаш 15 000» - одну из самых современных по тем временам. Мощная, надежная, с автоматическим спускоподъемным механизмом, она могла выдержать колонну труб длиной до 15 км. Буровая превратилась в полностью обшитую вышку высотой 68 м, непокорную сильным ветрам, бушующим в Заполярье. Рядом выросли минизавод, научные лаборатории и кернохранилище. При бурении на небольшие глубины мотор, который вращает колонну труб с буром на конце, устанавливают на поверхности. Бур представляет собой железный цилиндр с зубьями из алмазов или твердых сплавов - коронку. Эта коронка вгрызается в породы и вырезает из них тонкий столбик - керн. Чтобы охладить инструмент и извлечь из скважины мелкий мусор, в нее нагнетают буровой раствор - жидкую глину, которая все время циркулирует по стволу, словно кровь в сосудах. Через какое-то время трубы поднимают на поверхность, освобождают от керна, меняют коронку и вновь опускают колонну в забой. Так ведется обычное бурение. А если длина ствола 10-12 километров при диаметре 215 миллиметров? Колонна труб становится тончайшей нитью, опущенной в скважину. Как ею управлять? Как увидеть, что творится в забое? Поэтому на Кольской скважине внизу бурильной колонны установили миниатюрные турбины, их запускал буровой раствор, нагнетаемый по трубам под давлением. Турбины вращали твердосплавную коронку и вырезали керн. Вся технология была хорошо отработана, оператор на пульте управления видел вращение коронки, знал ее скорость и мог управлять процессом. Каждые 8-10 метров многокилометровую колонну труб приходилось поднимать наверх. Спуск и подъем в общей сложности занимали 18 часов. 7 километров - отметка для Кольской сверхглубокой роковая. За ней начались неизвестность, множество аварий и непрерывная борьба с горными породами. Ствол никак не удавалось держать вертикально. Когда в первый раз прошли 12 км, скважина отклонилась от вертикали на 21°. Хотя буровики уже научились работать при невероятной кривизне ствола, дальше углубляться было нельзя. Скважину предстояло перебурить с отметки 7 километров. Чтобы получать вертикальный ствол в твердых породах, нужен очень жесткий низ бурильной колонны, дабы он входил в недра, как в масло. Но возникает и другая проблема - скважина постепенно расширяется, бур болтается в ней, как в стакане, стенки ствола начинают рушиться и могут придавить инструмент. Решение этой задачи получилось оригинальным - была применена технология маятника. Бур искусственно раскачивался в скважине и подавлял сильные колебания. За счет этого ствол получался вертикальным.

Наиболее распространенная авария на любой буровой - обрыв колонны труб. Обычно трубы пытаются захватить вновь, но если это случается на большой глубине, то проблема переходит в разряд неустранимых. Искать инструмент в 10-километровой скважине бесполезно, такой ствол бросали и начинали новый, чуть выше. Обрыв и потеря труб на СГ-3 случались многократно. В итоге в своей нижней части скважина выглядит как корневая система гигантского растения. Разветвленность скважины огорчала буровиков, но оказалась счастьем для геологов, которые неожиданно получили объемную картину внушительного отрезка древних архейских пород, сформировавшихся более 2,5 млрд. лет назад.

В июне 1990 года СГ-3 достигла глубины 12 262 м. Скважину стали готовить к проходке до 14 км, и тут вновь произошла авария - на отметке 8 550 м колонна труб оборвалась. Продолжение работ требовало долгой подготовки, обновления техники и новых затрат. В 1994 году бурение Кольской сверхглубокой прекратили. Через 3 года она попала в Книгу рекордов Гиннесса и до сих пор остается непревзойденной. Сейчас скважина представляет собой лабораторию для изучения глубоких недр. СГ-3 была секретным объектом с самого начала. Виноваты и пограничная зона, и стратегические месторождения в округе, и научный приоритет. Первым иностранцем, посетившим буровую, стал один из руководителей Академии наук Чехословакии. Позже, в 1975 году, о Кольской сверхглубокой вышла статья в «Правде» за подписью министра геологии Александра Сидоренко. Научных публикаций по Кольской скважине по-прежнему не было, но кое-какие сведения за рубеж просачивались. Больше по слухам мир стал узнавать - в СССР бурят самую глубокую скважину.

Завеса тайны, наверное, висела бы над скважиной до самой «перестройки», не случись в 1984 году в Москве Всемирного геологического конгресса. К столь крупному в научном мире событию тщательно готовились, для Министерства геологии даже построили новое здание - ожидали много участников. Но зарубежных коллег интересовала в первую очередь Кольская сверхглубокая! Американцы вообще не верили в то, что она у нас есть. Глубина скважины к тому моменту достигла 12 066 метров. Скрывать объект более не имело смысла. В Москве участников конгресса ждала выставка достижений российской геологии, один из стендов был посвящен скважине СГ-3. Специалисты всего мира недоуменно взирали на обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. И этим бурят самую глубокую в мире скважину? Невероятно! В поселок Заполярный отправилась большая делегация геологов и журналистов. Посетителям показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб. Вокруг высились кучи точно таких же буровых головок, как и та, что лежала на стенде в Москве.

От Академии наук делегацию принимал известный геолог, академик Владимир Белоусов. Во время пресс-конференции из зала ему задали вопрос:
- Что же самое главное показала Кольская скважина?
- Господа! Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре, - честно ответил ученый.

Кое-что о земной коре континентов, конечно, знали. Тот факт, что континенты сложены очень древними породами, возрастом от 1,5 до 3 миллиардов лет, не опровергла даже Кольская скважина. Однако составленный на основании керна СГ-3 геологический разрез оказался прямо противоположным тому, что ученые представляли себе ранее. Первые 7 километров были сложены вулканическими и осадочными породами: туфами, базальтами, брекчиями, песчаниками, доломитами. Глубже лежал так называемый раздел Конрада, после которого скорость сейсмических волн в породах резко увеличивалась, что интерпретировалось как граница между гранитами и базальтами. Этот раздел был давно пройден, но базальты нижнего слоя земной коры так нигде и не появились. Наоборот, начались граниты и гнейсы.

Разрез Кольской скважины опроверг двухслойную модель земной коры и показал, что сейсмические разделы в недрах - это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение свойств камня с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства пород, видимо, могут резко меняться, так, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Но поднятый на поверхность с 12-километровой глубины «базальт» тут же становился гранитом, хоть и испытывал по пути сильнейший приступ «кессонной болезни» - керн крошился и распадался на плоские бляшки. Чем дальше уходила скважина, тем меньше качественных образцов попадало в руки ученых. Глубина заключала в себе много неожиданностей. Раньше было естественно думать, что с удалением от поверхности земли, с ростом давления породы становятся более монолитными, с малым количеством трещин и пор. СГ-3 убедила ученых в обратном. Начиная с 9 километров, толщи оказались очень пористыми и буквально напичканы трещинами, по которым циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км - достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины ученые обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5-10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении - в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах. Демонстрация Кольской скважины в 1984 году произвела на мировую общественность глубокое впечатление. Многие страны начали готовить проекты по научному бурению на континентах. Такую программу утвердили и в Германии в конце 1980-х годов. Сверхглубокую скважину KTB Хауптборунг бурили с 1990 по 1994 год, по плану она должна была достичь глубины 12 км, но из-за непредсказуемо высоких температур удалось добраться только до отметки 9,1 км. Благодаря открытости данных по буровым и научным работам, хорошей технологии и документированности сверхглубокая скважина КТВ остается одной из самых известных в мире.

Место для бурения этой скважины выбрали на юго-востоке Баварии, на остатках древней горной цепи, чей возраст исчисляется 300 миллионами лет. Геологи полагали, что где-то здесь проходит зона соединения двух плит, бывших некогда берегами океана. По мнению ученых, со временем верхняя часть гор стерлась, обнажив остатки древней океанской коры. Еще глубже, в десяти километрах от поверхности, геофизики обнаружили крупное тело с аномально высокой электрической проводимостью. Его природу также надеялись прояснить с помощью скважины. Но основной задачей было достичь глубины 10 км, чтобы приобрести опыт сверхглубокого бурения. Изучив материалы Кольской СГ-3, немецкие буровики решили сначала пройти пробную скважину глубиной 4 км, чтобы составить более точное представление об условиях работы в недрах, опробовать технику и взять керн. По окончании пилотных работ многое из бурильного и научного оборудования пришлось переделывать, кое-что создавать заново.

Основную - сверхглубокую - скважину КТВ Хауптборунг заложили всего в двухстах метрах от первой. Для работ соорудили 83метровую вышку и создали мощнейшую по тем временам бурильную установку грузоподъемностью 800 тонн. Многие бурильные операции автоматизировали, в первую очередь механизм спуска и подъема колонны труб. Самонаводящаяся система вертикального бурения позволяла делать почти отвесный ствол. Теоретически с таким оборудованием можно было бурить до глубины 12 километров. Но реальность как всегда оказалась сложнее, и планы ученых не сбылись.

Проблемы на скважине КТВ начались после глубины 7 км, повторив многое из судьбы Кольской сверхглубокой. Сначала, как полагают из-за высокой температуры, сломалась система вертикального бурения и ствол пошел вкось. В конце работ забой отклонился от вертикали на 300 м. Потом начались аварии посложнее - обрыв бурильной колонны. Так же как и на Кольской, приходилось бурить новые стволы. Определенные трудности доставляло сужение скважины - вверху ее диаметр составлял 71 см, внизу - 16,5 см. Бесконечные аварии и высокая температура в забое –270°С вынудили буровиков прекратить работы невдалеке от заветной цели.

Нельзя сказать, что научные результаты КТВ Хауптборунг поразили воображение ученых. На глубине главным образом залегали амфиболиты и гнейсы - древние метаморфические породы. Зону схождения океана и остатки океанической коры нигде не обнаружили. Возможно, они есть в другом месте, здесь же находится небольшой кристаллический массив, вздернутый на высоту 10 км. В километре от поверхности обнаружили месторождение графита.

В 1996 году скважина КТВ, стоившая бюджету Германии 338 млн. долларов, перешла под патронат Научного центра геологии в Потсдаме, ее превратили в лабораторию для наблюдений за глубокими недрами и объект туризма.

В настоящее время пробурены 2 скважины, которые превзошли Кольскую скважину по длине ствола. Это ОР-I (месторождение Одопту, Сахалин, Россия)-12 345 м, Maersk Oil BD-04A (Катар) - 12 290 м.

Самая глубокая нефтяная залежь в нашей стране открыта в районе г.Грозного (Чеченская Республика) на глубине 5300 м, а промышленный приток газа получен в Прикаспийской впадине с глубины 5370 км. За рубежом самая большая глубина с которой ведется добыча газа-7460 м (США, Техас).

В Удмуртии тоже есть своя «сверхглубокая» скважина. Это параметрическая скважина, пробуренная в 19991 года в Сарапульском районе, ее глубина составляет 5500 м.

Все сверхглубокие скважины имеют телескопическую конструкцию: бурение начинают с самого большого диа­метра, а затем переходят на меньшие. Так, в Кольской скважине (Россия) диаметр с 92 см в верхней части уменьшился до 21,5 см на глубине 12 262 м. А в скважине КТБ-Оберпфальц (Германия) - с 71 см до 16,5 см на глубине 7500 м. Механическая скорость бурения сверхглубоких скважин составляет 1-3 м/час. За один рейс между спускоподъемными операциями можно углубиться на 6-10 м. Средняя скорость подъема колонны буровых труб равна 0,3-0,5 м/сек. В целом бурение одной сверхглубокой скважины пока занимает годы. Практика проводки скважин в сложных геологических условиях, научные разработки в области бурения и крепления, выполненные в последние годы, позволили увеличить глубину скважин (до 7 000 м и более) и совершенствовать их конс­трукции в следующих направлениях: "увеличение выхода из-под башмака предыдущих колонн, использование долот уменьшенных и малых диаметров; применение способа секционного спуска обсадных колонн и крепление стволов промежуточными ко­лоннами-хвостовиками; использование об­садных труб со сварными соединительными элементами и безмуфтовых обсадных труб со специальными резьбами при компонов­ке промежуточных и в некоторых случаях эксплуатационных колонн; уменьшение конечного диаметра скважин и эксплуата­ционных колонн.

Сверхглубокое бурение основывается на технологии вращательного бурения и последовательного закрепления пройденных интервалов колоннами обсадных труб. Харак­терные особенности технологии: *возрастание с глубиной температуры и гидростатического давления; "потеря устойчивости пород под действием разности между горным и гидро­статическим давлениями; "увеличение массы бурильной и обсадных колонн; "замедление темпов углубления за счет увеличения вре­мени спуска/подъема бурильной колонны и ухудшения буримости пород; "возрастание потерь энергии при передаче силовых воз действий с поверхности на забой; "необхо­димость отбора керна в больших объемах и проведения внутрискважинных геофизичес­ких исследований.

Для сверхглубокого бурения созданы и применяются буровые установки грузоподъемностью до 11 МН (1100 т) общей мощностью до 18 тыс. кВт с насосами (2-4 шт.) на рабочее давление 40-50 МПа мощностью до 1 600 кВткаждый. Как правило, такие установки имеют электричес­кий привод от источника постоянного тока, что позволяет осуществить бесступенчатое регулирование работы основных механизмов. Спуск/подъем бурильной колонны ведется преимущественно с удлиненными до 37 м «свечами» при максимальной механизации и автоматизации процесса. Установки такого типа производятся такими отечественными производителями, как Уральский завод тяже­лого машиностроения (УЗТМ) и Волгоградский завод буровой техники (ВЗБТ).

Деление буровых установок на установки для глубокого и сверхглубокого бурения определяется многими факторами:

1) технической характеристикой установки; нагрузкой на крюке, давлением и подачей буровых насосов, типом и мощностью главного привода; 2) массой наземного оборудования (как следствие технической характеристики буровой установки); 3) .способом монтажа, демонтажа и транспортировки; 4) временем, затрачиваемым строительство буровой; 5) временем бурения скважины; 6) организацией буровых работ.

При cверхглубоком бурении при­меняют роторный или турбинный способ бурения, возможны оба с поинтервальным чередованием. Первый из них нашел широкое распространение на Западе, второй - в России. Турбинный способ позволяет успешно применять бурильные грубы из легких (тер­мостойкие, алюминиевые)сплавов(ЛБТ). По критерию допустимых напряжений в трубах турбинный способ в сочетании с ЛБТ дает возможность в 1,5-2 раза увеличить глубину бурения по сравнению с роторным способом в сочетании со стальными трубами (СБТ) при той же грузоподъемности. Это преимущество подтверждено практикой бурения Кольской скважины: при ее проводке применялась со­ставная колонна из ЛБТ (низ) и СБТ (верх), примерно 2 ООО м, с использованием алю­миниевых сплавов, которые были в 2,4 раза легче стали. Общая тенденция добычи нефти и газа со все более глубоко залегающих горизонтов может быть проиллюстрирована следующими цифрами. Еще 20 лет назад основная добыча нефти (66%) осуществлялась из самых молодых кайнозойских пород. Из более древних мезозойских пород добывали 19% нефти, а из самых древних палеозойских пород -15%. Сейчас ситуация изменилась: основными поставщиками нефти стали мезозойские породы, на втором месте - породы палеозоя.

Предотвращение искривления сверх­глубоких скважин - важное условие успеш­ной их проводки. Для поддержания сил со­противления движению бурильной колонны и износа обсадных колонн в допустимых пределах стремятся, чтобы интенсивность искривления не превышала 2-3° на 1 км при соблюдении постоянства азимута искрив­ления, а абсолютная величина зенитного угла не превышала 10-12°. Особо жесткие требования предъявляются к вертикальнос­ти верхней части ствола. Для борьбы с кри­визной обычно используют жесткие ком­поновки низа бурильной колонны (КНБК) с полноразмерными центраторами, а при отсутствии должного эффекта - КНБК маятникового типа. В верхней части скважин (до 3-4 км) при бурении ствола большого диаметра успешно применяют реактивно-турбинные буры.

Развитие сверхглубокого бурения в обозримом будущем, по всей видимости, будет основываться на технологии вращательного бурения. По мере увеличения глубин (более 10 км) забойный привод долота будет вытеснять роторный способ, открывая дорогу для реализации принци­пиальных преимуществ бурильных труб из легких металлических сплавов на основе алюминия и титана. В центре внимания, вероятно, окажется термостойкий редукторный турбобур.

Есть планы по бурению 20-ти километровой скважины со дна Тихого океана.

Сверхглубокое бурение недаром сравнивают с покорением космоса. Такие программы, с глобальным размахом, вбирающие в себя все лучшее, чем располагает на данный момент человечество, дают толчок развитию многих отраслей промышленности, техники и в конечном итоге готовят почву для нового прорыва в науке. В таблице 23 приведены сведения о самых глубоких скважинах мира, на рисунке 36 показано расположение сверхглубоких скважие на территории бывшего СССР.

Таблица 23. Самые глубокие скважины мира

В результате применения одной из технологий бурения созданная горизонтальная скважина должна быть отклонена от оси, по которой проходит на определенном уровне глубины вертикальная скважина. Это позволяет препятствовать попаданию скважины в слои нефти, поскольку она должна располагаться параллельно слою залегания нефти.

Бурение в большей степени относится к нефтяной отрасли, чем к другим отраслям промышленного хозяйства. Технология бурения предполагает перед началом выполнения работ проведение исследования грунта. Обязательно оформляется документальное разрешение, позволяющее проведение подземных работ.

Бурить горизонтальные скважины, являющиеся разновидностью наклонных, можно тремя различными методами, связанными со следующими видами способов бурения, включая:

  • направленный;
  • сервисный инсталляционный;
  • внутриразломный направленный.

Сервисный инсталляционный способ зачастую связан с осуществлением прокладки внутренних подземных коммуникаций, а при внутриразломном способе – в залежах угля, что может быть связано с газоотводом.

Особенности технологии

По причине сниженной продуктивности устаревших скважин нефтегазодобывающие компании занимаются наращиванием объемов производства путем усиленной эксплуатации разработанных нефтяных месторождений.

Эффективный метод увеличения притока добычи сырья основан на технологии ГНБ, связанной с горизонтальным бурением.

Этот метод связан с увеличением площади поступления в ствол нефти либо газа. Обычно в результате ГНБ происходит образование скважин, имеющих горизонтальные участки, что представляет собой один из способов бурения, которое называется наклонно-направленным.

Существует несколько аспектов, позволяющих сгладить влияние технологии бурения горизонтальных скважин на окружающую среду. К производственно-техническим способам относится бестраншейное строительство в местах установки высоковольтных ЛЭП, в местах расположения плотных жилищных застроек или трасс.

Использование для бурения горизонтальных скважин высокотехнологичного бурового комплекса в значительной степени способно сокращать рабочие сроки. При этом не требуется привлечения значительного количества техники или рабочей силы. Не требуется производить процесс водопонижения, если грунтовые воды расположены на более высоком уровне.

С позиций финансово-экономического аспекта при сокращении сроков выполнения работ уменьшается сметная стоимость при строительстве трубопровода. Экономичность при использовании агрегатов позволяет минимизировать все энергозатраты. Важным является и социально-экологический аспект, связанный с минимизацией оказания негативного воздействия на условия проживания людей.

Вернуться к оглавлению

Возможные ситуации

Метод не только позволяет повысить объемы добычи нефти с месторождений, которые уже находились долгое время в эксплуатации. Одновременно он связан с началом промышленной разработки участков, ранее считавшихся малоэффективными, или участков с низкой рентабельностью либо с полным ее отсутствием. Пользоваться данным методом целесообразно в нескольких типах ситуаций, предполагающих:

  1. Поломку бура.
  2. Труднодоступные по причине сложного рельефа либо близости водоемов к добыче нефти места.
  3. Разработку месторождений на океаническом или морском дне.

Если при бурении скважин сломался бур, что может произойти по причине ведения проходки в очень крепких породах, то зачастую его уже невозможно вытащить из пласта. Обойти данную ситуацию, то есть заклинивание бура, позволяет бурение ствола под углом к первоначальному направлению.

В определенных ситуациях вертикальный способ проходки заменяется горизонтальным по причине сложности рельефа местности, близости месторождения к водоему и т.п.

При горизонтальном бурении можно этим методом наиболее комфортно добраться до необходимого пласта, подобрав удобное место для начала работ.

Если месторождение находится на дне моря или океана, то процесс бурения связан с наименьшими затратами. При необходимости монтажа специальной морской платформы процесс строительства и дальнейшей эксплуатации потребует значительных расходов. Аналогичная ситуация может возникнуть и при возведении нефте- и газохранилищ под землей.

Вернуться к оглавлению

Особенности выбора

Процесс ГНБ, что расшифровывается как горизонтальное направленное бурение, связан с внедрением новых технологий, позволяющих делать скважины, имеющие большое отклонение от оси по вертикали. Данные возможности являются очень ценными, так как расположение слоев с содержанием нефти чаще является горизонтальным. Горизонтальные скважины обладают высокой производительностью, если их сравнивать с вертикальными скважинами, сделанными в одних и тех же слоях, содержащих нефть.

Осуществляют проходку в слоях в установленном технологическом режиме бурения, что характерно для ГНБ. При этом весь процесс должен сочетаться с четко поставленными условиями работы установки, то есть устройства, разрушающего забой горизонтальной скважины. Показателями эффективности разрушения являются следующие:

  1. Нагрузка на устройство (долото), связанная с осевым давлением.
  2. Число оборотов при вращении долота.
  3. Уровень качества глины в слоях и ее количество.
  4. Способ подачи инструмента для забоя и др.

Если принять во внимание комплекс всех факторов, характерный для режима процесса бурения, то можно выявить способ бурения, который является наиболее эффективным. При этом выполнение условий работы обычно соответствует . Поэтому соблюдение оптимальных условий технологии режима бурения сочетается с ростом показателей эффективности проходки в результате горизонтального бурения.

Точка бурения может находиться по отношению к слоям с содержанием нефти зачастую на определенном расстоянии, составляющем несколько километров, поэтому результат будет связан с положительным эффектом. Вертикальный же способ бурения способен нанести значительный урон экологической чистоте в местах нахождения месторождений, поэтому метод создания скважин горизонтальных является оптимальным.

Преимуществом ГНБ является сохранение существующего экологического баланса и природного ландшафта. Процесс бурения не связан с техногенным воздействием на ландшафт, что не наносит вреда существующей флоре и фауне. Происходит минимизация отрицательного воздействия на условия жизни населения той зоны, где производится бурение нефтеносных слоев.

Вернуться к оглавлению

Подготовительные работы

Проводить процесс бурения горизонтальных скважин на нефть или газ, а также прочие виды полезных ископаемых можно с применением установки по глубокому . С этой целью осуществляется составление геолого-технического наряда, режимно-технической карты. Процесс выполнения работ определяет технологический регламент.

Основные этапы процесса бурения включают следующие виды операций:

  1. Укладка и сборка инструментов для бурения.
  2. Проведение спуско-подъемных операций с использованием автоматики.
  3. Ориентированное бурение.
  4. Создание бурового раствора.
  5. Операции по утяжелению и химической обработке бурового раствора.
  6. Герметизация устья горизонтальных скважин.
  7. Глушение газоводонефтепроявлений.
  8. Подготовка сделанных скважин к геофизическим исследованиям.
  9. Подготовка горизонтальной скважины к приему испытателя пластов.
  10. Использование креноотборочных снарядов с целью отбора крена.
  11. Освоение горизонтальной скважины.
  12. Транспортировка комплексных буровых машин.

В ходе выполнения каждого этапа осуществляется дополнительный контроль над свойствами приготовленного раствора при тщательном анализе системы очистки раствора. Для устьев скважин должны быть предусмотрены противовыбросовые установки, что позволит уменьшить отрицательный результат от возможных аварий при бурении.

Уровень технического состояния подземного и наземного оборудования для бурения должен подвергаться своевременному оперативному контролю. Для проверки правильности протекания всех процессов используются контрольно-измерительные приборы в исправном состоянии, а также автоматы и предохранительные устройства.

Все осложнения в ходе бурения должны быть ликвидированы. После подготовки скважины должны осуществляться работы, связанные с испытанием пластов. После каждого бурения все использованное оборудование должно подвергаться обязательному профилактическому ремонту, монтажу и демонтажу.

Экологическое обоснование преимущества строительства горизонта-льных скважин.

Горизонтальная скважина – это такая скважина, которая имеет достаточно протяженную фильтровую зону, соизмеримую по длине с верти-кальной частью ствола, пробуренную преимущественно вдоль напластования между кровлей и подошвой нефтяной или газовой залежи в определенном азимутальном направлении. Основное преимущество горизонтальных сква-жин по сравнению с вертикальными состоит в увеличении дебита от 2 до 10 раз за счет расширения области дренирования и увеличения фильтрационной поверхности.

Основываясь на статистической отчетности по фактическим режимам работы скважин Оренбургского НГКМ, можно сделать вывод о том, что пробуренные в настоящее время горизонтальные скважины по добычным характеристикам в среднем в 2 раза предпочтительнее нежели вертикальные.

Экологические преимущества строительства горизонтальных скважин обусловлены снижением техногенного воздействия на окружающую среду, сокращением убытков и ущерба окружающей природной среде.

При строительстве одной горизонтальной (условно-горизонтальной) скважины взамен двух вертикальных сокращаются:

Площади изымаемых земель;

Объемы образования отходов производства и потребления;

Выбросы вредных веществ в атмосферный воздух.

4.3.1 Характеристика буровой установки как источника техногенного воздействия на окружающую природную среду

Строительство скважин оказывает техногенное воздействие на окружающую природную среду, начиная от поверхности земли до самых глубоких недр.

Поверхностное воздействие на окружающую среду при строительстве скважин связано с изъятием и нарушением земель, образованием и размещением отходов производства и потребления, а также выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Выделяются следующие основные этапы строительства скважин:

Строительно-монтажные работы;

Непосредственно бурение скважин;

Вызов притока газа и исследование скважины на продуктивность, при которых, превалируют те или иные виды поверхностного воздействия на природную среду.

При строительно-монтажных работах происходит нарушение земель. В этой связи, основным мероприятием по снижению техногенного воздействия на почвы является сокращение площадей изымаемых земель, за счет рационального (компактного) размещения оборудования буровой установки.

На этапе бурения скважин основное техногенное воздействие на окружающую среду оказывают буровые шламы, промывочные жидкости, буровые сточные воды, горюче-смазочные материалы и химические реагенты.

В целях снижения техногенного воздействия на окружающую среду на этом этапе строительства скважин выполняются мероприятия, исключающие растекание промывочных жидкостей и буровых растворов по территории буровой и их проникновение в верхние водоносные горизонты.

При вызове притока газа и исследовании скважины на продукти-вность происходит кратковременный, но довольно мощный выброс вредных веществ в атмосферу.

В этот период, основным источником выбросов загрязняющих веществ является факельная установка и дизельная электростанция. В атмос-ферный воздух поступают загрязняющие вещества: оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, сероводород, углеводороды, меркаптаны, сажа.

Для строительства одной скважины (как вертикальной, так и условно-горизонтальной) отводится 3,5 га земель во временное пользование сроком на 2 года. По истечению срока пользования, земли должны быть восстановлены до первоначального состояния и переданы землепользователю для дальнейшего использования по назначению.

С целью снижения негативного воздействия на почвы, после окончания строительства скважины на землях, отведенных во временное пользование, проводятся техническая и биологическая рекультивации.

Техническая рекультивация включает в себя:

    очистку территории от мусора, бетона, загрязненного грунта;

    выравнивание рытвин и ям;

    нанесение и разравнивание плодородного слоя;

    уплотнение плодородного слоя;

    весеннюю вспашку и боронование полосы строительства.

Работы по технической рекультивации должны быть закончены в течение года после окончания буровых работ и демонтажа оборудования.

Биологическая рекультивация земель проводится с целью полного восстановления плодородия земель для дальнейшего их использования по назначению. Для этого, проводят обработку нанесенного слоя почвы:

Вносят минеральные удобрения для улучшения пищевого режима почв (суперфосфат, комплексные удобрения, калий сернокислый);

Вносят органические удобрения для увеличения содержания органи-ческого вещества и повышения микробиологической активности почв;

Сеют травы (в кормовых севооборотах) однолетние, многолетние, злаковые и бобовые культуры для восстановления или формирования корнеобитаемого слоя и его обогащения органическими веществами.

Проводят глубокое рыхление, закрытие влаги, культивацию посевов.

В процессе строительства скважин образуются отходы производства и потребления в объемах представленных в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Объемы образования отходов производства и потребле-ния при строительстве скважин на ОНГКМ.

Как видно из таблицы 4.2, основную массу отходов (до 94,5%) составляют отходы четвертого класса опасности, представляющие собой буровые шламы и отработанные буровые растворы. Причем, при строительстве условно-горизонтальных скважин, со смещением забоя по горизонтали на 500 м, объемы образования буровых шламов и отработанных буровых растворов на 7 % превышает объемы образования отходов при строительстве вертикальных скважин. Это связано с дополнительными буровыми работами по вскрытию продуктивного пласта горизонтальным стволом скважины.

В целях снижения техногенного воздействия на окружающую среду отходы производства и потребления, образующиеся в процессе строительства скважин, размещаются на специализированных площадках захоронения.

Выбросы вредных веществ, при строительстве скважин, носят кратковременный характер и зависят от продолжительности строительства, которое определяется проектами на бурение скважин.

В период строительно-монтажных работ и бурения скважин источниками выбросов загрязняющих веществ являются: автотранспорт, дизельная электростанция, дымовая труба котельной установки, выхлопные трубы дизельных агрегатов (при использовании станков с дизельным приводом), дыхательные клапаны емкостей ГСМ, вентиляционная система помещения насосной и узел приготовления бурового раствора.

На этом этапе строительства скважин, для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, бурение скважин рекомендуется осуществлять преимущественно буровыми станками с электроприводом.

На заключительном этапе строительства скважины проводятся освоение и исследование скважины на продуктивность. Освоение и исследование скважин после бурения проводится на трех режимах. Продолжительность исследований не зависит от типа скважин и составляет – 72 часа.

Этот период сопровождается кратковременным, но довольно мощным выбросом вредных веществ в атмосферу от всех типов исследуемых скважин. Источником выбросов загрязняющих веществ является факельная установка, от которой в атмосферный воздух поступают загрязняющие вещества: оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, сероводород, углеводороды, меркаптаны, сажа.

Наиболее эффективным мероприятием по снижению техногенного воздействия на данном этапе строительства скважины является внедрение новой технологии освоения скважин с применением передвижных сепарационных установок, например, «Гео-Тест».

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при строительстве новых скважин, приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3– Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при строительстве скважин

Наименование загрязняющих веществ

Выбросы загрязняющих веществ от одной скважины, тонн/год

вертикальной

условно-горизонтальной

Окислы азота

Диоксид серы

Сероводород

Оксид углерода

Углеводороды

Бензапирен

Зола мазутная

Взвешенные вещества
Похожие статьи