1 нефтяная скважина. Общие сведения о бурении нефтяных и газовых скважин. Особенности бурения нефтяной скважины

Каждая страна пытается всячески подчеркнуть свой вклад в общемировую копилку знаний. Так как многие решения «купить» принимаются на эмоциональном уровне, вклад в мировую науку и инженерное дело - вопрос не сколько престижа отдельных специалистов, сколько поддержания стоимости бренда страны в целом.

Поэтому и борьба за первенство в нефтегазовой отрасли идет не только за текущую рыночную долю или будущую добычу, но и за прошлые изобретения. Есть сотни примеров, когда одни и те же уравнения или подходы называются по-разному в разных языках. Кто же был первым? И насколько это вообще важно?

Первая нефтяная скважина

Нефть добывалась с незапамятных времен с поверхности в местах естественного просачивания. Известны упоминания о добыче нефти из построенных колодцев глубиной до 50 метров (в районе Баку с 1594 года).

Считается, что первую промышленную эксплуатационную скважину построил в 1858 году Эдвин Дрейк. После выхода на пенсию железнодорожник Дрейк мог путешествовать по стране бесплатно. Это и случайная встреча в отеле дало Дрейку работу геологоразведчика, оклад в $1000 в год и несколько акций компании Seneca Oil.

Строительство глубоких скважин в Пенсильвании до Дрейка считалось неразрешимой задачей из-за быстрого обрушения грунта. Промышленными новациями Дрейка стало применение парового двигателя вместо ручного привода и обсаживание ствола скважины наращиваемой чугунной трубой в процессе углубления ствола. Именно так 2500 лет назад китайцы бурили скважины глубиной до 500 метров для добычи рассола. Как повествуют китайские летописи, иногда в обсаженной бамбуком скважину прорывался горючий газ или нефть. Неудивительно, что единственным буровиком, согласившимся на авантюру Дрейка, был Вильям Смит - специалист по бурению скважин на соль.

Штанговый насос на эксплуатационной скважине. Насос приводится в движение паровой машине, которая топится дровами. Tarr Farm, Долина Нефтяной ручей (Oil Creek Valley), Пенсильвания, 1868. Фотография из музея Скважины Дрейка.

Между тем первая разведочная скважина, находится рядом с г.Баку. Она была построена под руководством инженера Василия Семенова, на ту же глубину - 21 метр. Из докладной записки наместника на Кавказе князя Воронцова от 14 июля 1848 г.: «… Директор Бакинских и Ширванских минеральных промыслов доносил, что пробурена на Биби-Эйбате буровая скважина, в которой найдена нефть».

Паровую же машину для бурения в России впервые применили лишь в 1859 году близ г. Подольска. Первая эксплуатационная скважина была построена в России на Кубани в 1864 году. Отставание в применении механизированного бурения определило и последующее отставание в применении других технологий добычи нефти. В них до поры просто не видели необходимости.

Пласт на разрыв

Ранние технологии бурения приводили к загрязнению призабойной зоны фильтратом бурового раствора на несколько метров вглубь пласта. Кроме того, скважины, пробуренные ударно канатным способом, не полностью вскрывали весь пласт, т.к. иначе обсадная колонна Дрейка перекрывала бы продуктивную зону. Дебит скважины из-за этого мог быть в десятки раз ниже возможного.

В 1865 году отставной полковник Э. Робертс получает патент № 59,936 на «торпедирование» призабойной зоны скважины. Услуга стоимостью $100-200 и роялти в 1/15 будущей добычи была столь популярна, что на рынке появилось множество шабашников («moonlighters»), нарушающих патент и технологию обращения с оружейным порохом и нитроглицерином. Робертсу пришлось нанимать детективов агентства Пинкертона и потратить в общей сложности $250 000 на судебные издержки, организовав крупнейшую в истории США защиту патента. Метод прекратил применяться лишь 5 мая 1990 года когда закончились складские запасы снятого с производства нитроглицерина.

Следующей технологией стало перфорирование обсадной трубы с помощью многозарядного перфоратора, что позволило спускать обсадную колонну ниже продуктивной зоны и вскрывать при этом весь пласт. C 1930 по 1956 год Ira McCullough получает множество патентов на перфораторы. Однако пласт перфорируется недостаточно глубоко, и добыча остается в несколько раз ниже потенциальной.

Для решения этой проблемы в 1947 году Floyd Farris и Joseph B. Clark (Stanolind Oil and Gas Corporation) нанимают компанию Halliburton для создания в пласте искусственной трещины – гидроразрыва пласта (ГРП), проходящей сквозь повреждение и заполненной более проводящим расклинивающим материалом - пропантом. Для этого нужно было поднять давление жидкости на забое выше горного давления и держать трещину открытой несколько часов, пока пропант закачиваемый с жидкостью займет свое место и насосы можно будет выключать.

Полевой эксперимент по гидроразрыву был проведен в 1947 году на газовом месторождении в Канзасе. Выкладки по газовому месторождению Hugoton, Канзас (глубины 730 метров) показывали необходимое давление 50-100 атм на устье (130-180 атм на забое) и объемы закачки несколько кубометров геля на базе дизельного топлива, смешанного с речным песком. Процесс был запатентован нефтяной компаний и тут же переуступлен по лицензии Halliburton. Первая промышленная операция 17 марта 1949 года в 12 милях от г. Данкэн, штат Оклахома. В тот же день вторая операция была проведена в соседнем Техасе.

К 1980 году на 500 000 скважин США было проведено более 150 000 операций ГРП. Повторные ГРП были проведены на 35% из них. Первая операция по созданию трещины третий раз в той же скважине (tri-frac) проведено в 1955 году. Максимальное количество операций ГРП было отмечено в 1955 г. - примерно 54 000 ГРП в год.

В СССР ГРП начали применять с 1952 г. Задолго до изобретения современных компьютеров, в 1955 году советские ученые Христианович и Желтов разработали первую двухмерную модель - KGD (Kristianovitch-Geertsma-de Klerk). В 1961 вторую 2D модель - PKN разработали Perkins и Kern, с модификаций Nordgren (1971). По прошествии полувека на рынке конкурируют десятки программ для псевдо-3D дизайна и оптимизации ГРП на базе модели PKN, подавляющее большинство создается и дорабатывается в США и Канаде. Более точное, полностью трехмерное одновременное моделирование геомеханики, гидравлики и процесса переноса требует вычислений длиной в несколько месяцев и не используется на практике.

Основной вектор развития моделей – более точный и быстрый прогноз многостадийных операций на нескольких горизонтальных скважинах одновременно (zip fracs). Также интересно описание интерференции трещин (stress shadowing) и транспорт пропанта, а также комбинирования вспомогательных технологий, включая закачку трассёров, использование оптоволокна, и микросейсмический мониторинг. В более далекой перспективе – потребуется переизобрести ранее протестированное использование пен на базе CO2 и азота.

Пик применения ГРП в СССР пришелся на 1959 г. С начала 1970-х и до конца 1980-х ГРП в СССР практически не проводилось, в связи с вводом в разработку крупных нефтяных месторождений Западной Сибири. Возрождение практики применения ГРП в России началось уже после падения цены на нефть, в конце 1980-х. За 1988-1995 гг. в Западной Сибири было произведено более 1,6 тыс. операций ГРП.

Во процессе раздела НК ЮКОС и передачи его активов НК Роснефть, ряд высокопоставленных чиновников называл ГРП «варварским» и «хищническим» методом добычи, что, однако, не помешало увеличить количество и тоннаж операций на тех же месторождениях в России с 5 000 в 2006 году до примерно 15 000 в 2016 году.

Из опыта разработки месторождений США в России может быть потенциал реперфорации и повторных ГРП, как это практикуется через 5-10 лет после первичной стимуляции скважины. За счет геомеханического моделирования возможно предсказать насколько новая трещина отклонится от старой, а гидродинамическая модель покажет зоны, которые необходимо доохватить заводнением. И если крылья новой трещины подцепят слабодренированные пропластки, резко сократится обводненность и содержание газа в добываемой жидкости. Это будет сигналом, что повторная операция не только увеличила темп отбора, но и извлекаемые запасы этого участка месторождения. Стоит ли говорить, что «варварский метод», без которого редко обходится новая скважина в России, уже привел к перевороту рынка, обрушению цены и началу экспорта американской нефти. С учетом высокой обводненности и низкого дебита по нефти в скважинах, пробуренных в 2012 году и ранее, технические риски большинства повторных ГРП невысоки – терять особо нечего.

Наращивая объемы

Благодаря тому, что нефть часто легче воды, давление в пласте способно доставить нефть на поверхность фонтаном. Но при этом дебит нефти получается в пять раз ниже максимально возможного, и энергии пласта хватает ненадолго. Для традиционных коллекторов – несколько месяцев, для сланцевых месторождений – до нескольких лет.

И опять промышленным новатором выступил Дрейк, взяв с кухни ручную помпу. Создав с поверхности разряжение в одну атмосферу, он увеличил добычу с 10 до 25 баррелей в день, оставив весь городок Titusville без оборотных бочек под виски. Этот пример хорошо показывает опасность сравнения только данных по дебиту. Без данных по давлению – финансовые аналитики могут легко ошибиться в несколько раз, сравнивая фонтанирующую через штуцер скважину со скважиной, работающей в пустой забой (AOF).

Насос на поверхности может создать разряжение и прибавить атмосферное давление к энергии самого пласта. Создать же большее разряжение можно насосом в скважине, но как привести его в движение? Первое решение – механическая передача с поверхности, но тогда нужна длинная штанга, ход которой и ограничит максимальный дебит. В 1865 году, только когда перестали фонтанировать скважины из первой волны промышленного бурения, американцы начали массовое использование погружных плунжерных насосов, с поршнем, приводимым в действие двигателем с поверхности через балансир от бурового станка и деревянную штангу (см. рисунок 1). В России новация нашла свой рынок только в 1874 году.

А что если скважины становятся все глубже и глубже и требуется создать давление в несколько сотен атмосфер? И буровики научились бурить наклонные скважины под нужным углом?

Тогда разумно поместить и насос, и двигатель в саму скважину. Для этого требуется сверхмалый размер устройства и большая мощность на единицу объема. Электрический двигатель был единственным на тот момент вариантом. В 1911 году Армаис Арутюнов открывает в Екатеринославле свою компанию и создает высокооборотный компактный электрический мотор, который может работать полностью погруженным в воду. А в 1916 году, доводит до ума работающую на одном валу пару: мотор и центробежный насос. При этом мощный мотор располагается ниже насоса и охлаждается набегающим потоком жидкости.

В 1919 году Арутюнов эмигрируют сначала в Берлин, затем, в 1923 году в Лос-Анджелес, где пытался убедить внедрить свою разработку. Везде следовал отказ был со словами, что устройство противоречит известным законам электричества. Примечательно, что за 50 лет до этого в Австрии профессор Грацкого университета Яков Пешль прочитал лекцию о неосуществимости использования переменного тока в электродвигателях одному из своих студентов. Студента звали Никола Тесла, а имя профессора Пешля навсегда останется в истории инженерного дела.

В 1928 году Арутюнов переезжает в Оклахому и с партнером Frank Phillips (директор Phillips Petroleum Co.) открывает свою компанию. В 1930 компания была переименована в REDA pump Co. (от Russian Electrical Dynamo of Arutunoff). В ней нашли работу сотни уволенных в Великую депрессию американских рабочих. К концу 30х годов REDA имела более 90 патентов, а Арутюнов ни в чем себе не отказывал до конца жизни. Его портрет висит в Зале Славы штата Оклахома.

Марка электроцентробежных насосов (ЭЦН) REDA была единственной на рынке США до 1957 года, и спустя столетие после создания прототипа все еще входит в продуктовую линейку Schlumberger. Примечательно то, что месторождение North Burbank Unit, на котором разбогател Frank Phillips, до сих пор дает нефть при помощи закачки CO2 (см. статью НГВ «Парниковый эффект в добыче нефти» в номере #13/14 за 2017 г.) и напора, создаваемого ЭЦН REDA.

Первый ЭЦН в СССР был спущен в 1943 г., когда из США по ленд-лизу были получены 53 насоса REDA. Отечественный аналог спущен 20 марта 1951 г. в скважину № 18/11 Грознефти. Западносибирскую провинцию стали осваивать гораздо позже месторождений Оклахомы и Техаса, поэтому дебиты остаются выше, чем на в США и требуют мощных насосов. До сих пор в России больше 80% нефти добываются ЭЦН. Ими оснащено более 80 000 скважин.

Сланцевая революция резко повысила дебиты скважин США, а дешевая нефть резко снизила зарплаты в России, так что для производителей ЭЦН России: Борец (ООО «Лысьванефтемаш»), Новомет (одноименная компания, г. Пермь), Алмаз (г. Радужный, ХМАО) и Алнас (ГК Римера – часть Холдинга ЧТПЗ) открывается уникальное окно возможностей. Но только если они смогут конкурировать шириной диапазона дебита при высоком газовом факторе с REDA (Schlumberger) и Centrilift (Baker Hughes), и ценой с китайскими производителями. Одним из барьеров входа будет, как не странно, отсутствие опыта работы по установке и обслуживанию ЭЦН у американцев. Для них эра массового применения ЭЦН закончилась в 1970х годах, но начинается снова, причем в тех же самых районах нефтедобычи, что и полвека назад.

Новые технологии и пилотные образцы часто появляются за пределами США, но удивительно системно штаты становятся местом их массового применения, доработки и превращения в массовый экспортных продукт. Изобретатели-счастливчики возможно и делает один уникальный прорыв, но истинные перевороты в индустрии делают люди, систематически перепробовавшие сотни и тысячи подходов и нашедшие верную комбинацию известных ранее технологий. Поэтому не сильно важно где технология родилась, важно кто первым догадался скрестить ее с несколькими уже известными и довести продукт для массового использования.

Американцы связывают рождение нефтяной индустрии с Дрейком не потому, что он был выдающимся изобретателем или хотя бы успешным бизнесменом. У него не было деловой хватки и метод бурения остался незапатентованным. Проигравшись на бирже в 1863 году, он был вынужден в старости жить на специальную пенсию штата $1,500/год (немыслимая по тем временам щедрость), в полтора раза выше своего стартового оклада от Seneca Oil.

Дрейк стал известен потому, что пошел против мнения специалистов по бурению водяных скважин, проскакал 90 миль в поисках буровика-соледобытчика, который возьмется за безумный заказ. Кроме того, он совместил известный способ бурения с известной технологией откачки воды. Добыча увеличилась в разы и стала коммерческой.

Пользователю необходимо проводить оптимизацию для десятка сценариев, а не биться с неудобным в каждодневной работе инструментом и гадать над непонятными параметрами и исходными данными. Альтернатива новым методам есть – это старый добрый принцип, известный на всех языках - «мы всегда так делали». Поэтому чтобы не отстать, стоит работать на будущее, а не цепляться за великое прошлое.

Бурением называется воздействие спецтехники на почвенные слои, в результате чего в земле образуется скважина, через которую будут добывать ценные ресурсы. Процесс бурения нефтяных скважин осуществляется по разным направлениям работы, которые зависят от расположения почвенного или горного пласта: оно может быть горизонтальным, вертикальным либо наклонным.

В результате работы в земле образуется цилиндрическая пустота в виде прямого ствола, или скважина. Ее диаметр может быть различным в зависимости от назначения, но он всегда меньше параметра длины. Начало скважины расположено на поверхности почвы. Стены называются стволом, а дно скважины – забоем.

Ключевые этапы

Если для водных скважин может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только тяжелая. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Сам процесс делится на следующие этапы:

Подвоз техники на участок, где будет производиться работа.
Собственно бурение шахты. Процесс включает в себя несколько работ, одна из которых – углубление ствола, которое происходит при помощи регулярного промывания и дальнейшего разрушения горной породы.
Чтобы ствол скважины не был разрушен и не засорил ее, пласты породы укрепляют. С этой целью в пространство прокладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Место между трубой и породой закрепляют цементным раствором: эта работа носит название тампонирования.
Последней работой является освоение. На нем вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, а также проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовка площадки

Для организации процесса бурения нефтяной скважины потребуется провести также подготовительный этап. В случае, если разработка ведется в области лесного массива, требуется, помимо оформления основной документации, заручиться согласием на работы в лесхозе. Подготовка самого участка включает следующие действия:

Вырубка деревьев на участке.
Разбитие зоны на отдельные части земли.
Составление плана работ.
Создание поселка для размещения рабочей силы.
Подготовка основания для буровой станции.
Проведение разметки на месте работы.
Создание фундаментов для установки цистерн на складе с горючими материалами.
Обустройство складов, завоз и отладка оборудования.

После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:

Установка и проверка техники.
Проводка линий для энергоснабжения.
Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки.
Установка вышки и подъем на нужную высоту.
Отладка всего оборудования.

Когда оборудование для бурения нефтяных скважин будет готово к эксплуатации, необходимо получить заключение от специальной комиссии, что техника находится в исправном состоянии и готова к работе, а персонал обладает достаточными знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода. При проверке уточняется, правильную ли конструкцию имеют осветительные приборы (они должны иметь устойчивый к взрывам кожух), установлено ли по глубине шахты освещение с напряжением 12В. Замечания, касающиеся качества работы и безопасности, необходимо принять во внимание заранее.

До начала работ по бурению скважины необходимо установить шурф, завезти трубы для укрепления бурового ствола, долото, малую спецтехнику для вспомогательных работ, обсадные трубы, приборы для измерений в ходе бурения, обеспечить водоснабжение и решить другие вопросы.

Буровая площадка содержит объекты для проживания рабочих, технические помещения, лабораторное строение для анализа проб почвы и получаемых результатов, склады для инвентаря и малого рабочего инструмента, а также средства для медицинской помощи и средства безопасности.

Особенности бурения нефтяной скважины

После установки начинаются процессы по переоснащению талевой системы: в ходе этих работ монтируется оборудование, а также апробируются малые механические средства. Установка мачты открывает процесс забуривания в почву; направление не должно разойтись с осевым центром вышки.

После того, как завершается центровка, проводится создание скважины под направление: под этим процессом понимается установка трубы для усиления ствола и заливка начальной части цементом. После установки направления центровка между самой вышкой и роторными осями регулируется повторно.

Бурение под шурф осуществляется в центре ствола, и в процессе работы делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур, для регулировки скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке, а другой частью удерживается физически.

За пару суток до запуска буровой установки, когда прошел подготовительный этап, собирается конференция с участием членов администрации: технологов, геологов, инженеров, бурильщиков. К вопросам, обсуждаемым на конференции, относятся следующие:

Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей.
Конструктивные особенности скважины.
Состав горной породы в точке исследований и разработок.
Учет возможных трудностей и осложняющих работу факторов, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае.
Рассмотрение и анализ карты нормативов.
Рассмотрение вопросов, связанных с безаварийной проводкой.

Документы и оборудование: основные требования

Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:

Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки.
Карта нормативов.
Журнал по растворам для бурения.
Журнал по обеспечению охраны труда в работе.
Учет функционирования дизелей.
Вахтовый журнал.

К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:

Оборудование для цементирования, сам цементный раствор.
Оборудование для обеспечения безопасности.
Каротажные механизмы.
Техническая вода.
Реагенты для различных целей.
Вода для питья.
Трубы для обсадки и собственно бурения.
Площадка под вертолет.

Типы скважин

В процессе бурения нефтяной скважины в горной породе формируется шахта, которую проверяют на наличие нефти либо газа посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока искомого вещества из продуктивной области. После этого бурильная техника демонтируется, скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения, а затем мусор вывозится, а металлические части подвергаются утилизации.

При начале процесса диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы строительство скважины делается в несколько этапов:

Углубление дня скважины, для чего используется буровое оборудование: оно размельчает горную породу.
Удаление обломков из шахты.
Закрепление ствола при помощи труб и цемента.
Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти.
Спуск глубины и ее цементирование.

Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:

Небольшие (до 1500 метров).
Средние (до 4500 метров).
Углубленные (до 6000 метров).
Сверхуглубленные (более 6000 метров).

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Полученные части удаляют посредством вымывания специальным раствором; глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Проблемы в ходе бурения нефтяных скважин

В ходе бурения скважин можно столкнуться с рядом технических проблем, которые замедлят или сделают работу практически невозможной. К ним относятся следующие явления:

Разрушения ствола, обвалы.
Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы).
Аварийные состояния оборудования или шахты.
Ошибки в сверлении ствола.

Чаще всего обвалы стенок происходят из-за того, что горная порода обладает нестабильной структурой. Признаком обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.

Поглощение жидкости чаще всего случается в случае, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая система или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины снаряд, который движется по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Проведение скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с разной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды горных пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

Свойства обнаруженных горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды).
Глубина скважины, угол ее наклона.
Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород.
Метод бурения скважины.

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс создания скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

Ударно-канатный метод.
Работа с применением роторных механизмов.
Бурение скважины с использованием забойного мотора.
Бурение турбинного типа.
Бурение скважины с использованием винтового мотора.
Бурение скважины посредством электрического бура.

Первый способ относится к наиболее известным и проверенным методам, и в этом случае шахту пробивают ударами долота, которые производятся с определенной периодичностью. Удары делаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. Бурение скважин малого размера производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики. При этом методе функционирует только один канал подачи энергии на уровне до забоя.

Турбобур – это особый механизм, который преобразует энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков. Главной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

Бурение – это процедура разламывания горных пород специальной бурильной техникой. Бурение, как и многие другие технологии, имеет несколько направлений.

Процесс бурения включает в себя разламывание горных пород при помощи бурильной техники, в результате чего получается скважина.

Эти направления зависят от положения горного пласта:

вертикальное;
наклонно-направленное;
горизонтальное.

Процесс прокладывания в земле направленного цилиндрического ствола называют бурением. Впоследствии этот канал называют скважиной. В диаметре она должна быть меньше длины. Устье скважины (начало) располагается на поверхности. Забоем и стволом называют дно и стены скважины соответственно.

Подготовка к процессу

При бурении скважин сначала:

Процесс бурения невозможен без специальной бурильной техники.

На участок бурения подвозят бурильную технику.
Потом начинается процесс бурения. Он заключается в углублении ствола скважины путем промывания его и бурения.
Во избежание обрушения стенок скважин проводят разобщение пластов – работы по укреплению пластов земли. Для этого в пробуренную землю опускают и прокладывают трубы, которые соединяются в колонны. Затем все пространство между трубами и землей цементируют (тампонируют).
Последний этап работ называется освоение скважин. В него входит вскрытие последнего пласта, установка призабойной зоны, а также перфорация и вызов оттока.

Для того чтобы начать бурение сначала, нужно осуществить подготовительные работы.

Сначала оформляют документы, разрешающие вырубку и расчистку лесного массива, но для этого нужно получить согласие лесхоза. При подготовке участка для бурения проводят следующие работы:

Перед тем как начать бурение скважин, необходимо расчистить участок от деревьев.

разбивка зон на участки по координатам;
вырубка деревьев;
планировка;
возведение поселка рабочих;
подготовка основы для буровой;
приготовление и разметка площадки;
установка фундаментов под цистерны на ГСМ складе;
устройство обволоки склада, приготовление оборудования.

Следующий этап работ – это подготовка вышкомонтажного оборудования. Для этого:

производят монтаж техники;
монтаж линий;
монтаж подвышечных оснований, оснований и блоков;
монтаж и подъем вышки;
пусконаладочные работы.

Вернуться к оглавлению

Предварительные работы

После того, как буровая машина установлена, прибывает спецкомиссия на проверку оборудования, техники и качества труда.

Когда бурильная установка готова, начинаются работы по приготовлению к бурению. Как только буровая машина установлена и возведение сооружений закончено, буровую проверяет спецкомиссия. Мастер бригады бурения, принимая комиссию, вместе с ней следит за качеством работ, проверяет технику и исполнение охраны труда.

Например, светильники по способу исполнения должны быть во взрывобезопасном кожухе, по шахте должно быть распределено аварийное освещение на 12 V. Все замечания производимые комиссией должны быть учтены до начала работ по бурению.

До того как начать буровые работы, техника оснащается соответствующим оборудованием: шурфом под квадрат, буровыми трубами, долотом, приспособлениями малой механизации, обсадными трубами под кондуктор, контрольно-измерительными приборами, водой и т. д.

На буровой должны быть домики для жилья, беседка, столовая, баня для сушки вещей, лаборатория для анализа растворов, инвентарь для тушения пожаров, вспомогательный и рабочий инструмент, плакаты по технике безопасности, аптечки и медикаменты, склад для бурильного оборудования, вода.

После того как вышка для бурения была установлена, начинается ряд работ по переоснастке талевой системы, в процессе чего осуществляется установка оборудования и апробирование средств малой механизации. Технология забуривания начинается с установки мачты. Ее направления должно быть установлено точно по центру оси вышки.

После центровки вышки производится бурение под направление. Это опускание трубы для упрочнения скважин и заливка ее верхнего конца, который должен по направлению совпадать с желобом, цементом. После того, как направление в процессе бурения скважин было установлено, еще раз проверяют центровку между осями ротора и вышки.

В центре скважины производят бурение под шурф для квадрата и в процессе обсаживают трубой. Бурение шурфа скважины исполняется турбобуром, который во избежание слишком быстрого вращения удерживается пеньковым канатом. Одним концом он крепится к ноге вышки, а второй удерживается в руках через блочок.

Вернуться к оглавлению

Завершение

После подготовительных работ, за 2 дня до пуска буровой, организуется конференция, где участвует вся администрация (главный инженер, технолог, главный геолог и т. д.). На конференции обсуждают:

Схема строения геологических пород на месте обнаружения нефти: 1 – глины, 2 – песчаники водонасыщенные, 3 – нефтяная залежь.

строение скважины;
строение пород в месте геологического разреза;
осложнения, которые могут возникнуть в процессе бурения и т. д;
затем рассматривают нормативную карту;
обсуждаются работы по безаварийной и скоростной проводке.

Процесс бурения может быть начат при оформлении следующих документов:

геолого-технического наряда;
разрешения о вводе буровой в действие;
нормативной карты;
вахтового журнала;
журнала по буровым растворам;
журнала ведения охраны труда;
учета работы дизелей.

На буровой могут применяться следующие виды механизмов и материалов:

цементирование оборудования;
плакаты с надписями о безопасности и об охране труда;
каротажное оборудование;
питьевая вода и техническая;
вертолетная площадка;
цементные растворы и буровые;
химические реагенты;
обсадные трубы и бурильные.

Бурение скважин – метод вырубания горной породы при котором образуется шахта. Такие шахты (скважины) испытывают на наличие нефти и газа. Для этого производят перфорацию ствола скважины для провоцирования притока нефти или газа из продуктивного горизонта. Затем производится демонтаж бурильной техники и всех вышек. На скважине устанавливается пломба с указанием названия и срока бурения. После этого мусор уничтожается, все амбары зарываются, а металлолом утилизируется.

Обычно вначале максимальный диаметр скважин не превышает 900 мм. В конце он редко когда достигает 165 мм. Процесс бурения представляет собой несколько процессов, в ходе которых происходит строительство ствола скважины:

процесс углубления дна скважин посредством раскрашивания горных пород буровым инструментом;
удаление разломанной породы их шахты скважины;
крепление ствола скважин;
проведение геолого-геофизических работ по исследованию породы разлома и обнаружению продуктивных горизонтов;
спуск и цементирование глубины.

По глубине скважины бывают следующих типов:

мелкая – глубиной 1500 м;
средняя – глубиной до 4500 м;
глубокая – 6000 м;
сверхглубокая – свыше 6000 м.

Процесс бурения – это разламывание горных пород буровыми долотами. Разломанные части этой породы вычищают потоком промывочного (жидкого) раствора. Глубина скважин увеличивается в процессе разрушения забоя по всей площади.

Вернуться к оглавлению

Возникающие осложнения

Обвал стенок скважины может произойти вследствие неустойчивой структуры породы.

При процессе бурения скважины могут возникнуть некоторые осложнения. Это могут быть:

обвалы стен шахты;
поглощения промывочной жидкости;
аварии;
неточное просверливание ствола скважин и т. д.

Обвалы могут возникнуть вследствие неустойчивой структуры породы. Их признаком могут служить;

повышенное давление;
слишком сильная вязкость промывочной жидкости;
слишком большое количество обломков при промывке шахты.

Поглощение промывочного раствора происходит из-за того, что раствор, залитый в шахту, полностью засасывается пластом. Обычно это происходит тогда, когда пласты имеют пористую структуру или большую проницаемость.

Бурение – это процесс, при котором вращающийся снаряд доводят до забоя, а потом поднимают снова. При этом скважины просверливаются до коренных пород, врезаясь на 0,5-1,5 м. После этого в устье опускается труба для предотвращения размыва и для того, чтобы промывочная жидкость, выходя из скважины, попадала в желоб.

Частота вращения бурового снаряда и шпинделя зависит от физических свойств горных пород, диаметра и вида буровой коронки. Скоростью вращения управляет регулятор подачи, создающий нужную нагрузку на коронку. При этом он создает определенное давление на резцы снаряда и стенки забоя.

Прежде чем начать бурение скважины нужно составить ее проектный чертеж, где указаны:

физические свойства пород: их твердость, устойчивость и водонасыщенность;
глубина и наклон скважины;
конечный диаметр скважины, на который влияет твердость пород;
способы бурения.

Составление проекта скважин начинается с выбора ее глубины, диаметра по окончании бурения, углов забуривания, структуры.

Глубина картировочных скважин зависит от геологического анализа с последующим его картированием.

Родина русской нефти.

До 1861 года нефтяной промысел на Кубани был ограничен «исключительным правом войска на эксплуатацию нефтяных колодцев». Но всё изменилось во второй половине ХIХ века. Первым кто вложил свои деньги в добычу нефти стал отставной полковник А. Н. Новосильцев.

Местом для разработки нефтяных месторождений Новосильцев выбирает Темрюкский уезд. С 1864 года он вместе с поданными Соединённых штатов Америки Шандаром и Грином Клеем начинает разведочные работы на Таманском полуострове у станиц Новотитаровской и Вышестеблиевской, а так же в долине реки Кудако и Псиф. Эти американские инженеры были людьми самого Рокфеллера.

В первом случае два года работ результата не дали, а на них было израсходовано более 200 тысяч рублей. Сумма даже по тем временам не маленькая, причём в своих письмах друзьям Ардалион Николаевич жалуется на то, что американцы плохо работают всячески затягивают процесс, жалуются на то, что условия в России неподходящие.

Это черт знает что, - горестно восклицал горный инженер М. М. Юшкин, - эти янки только и знают, как умышленно тормозить разведку залежей, скрывать результаты своих геологических изысканий, извращать данные лабораторных анализов. Видит бог - это не что иное, как сознательный обман русского общественного мнения...

Об этом же говорил в своих статьях и другой русский горный инженер Гилев: американцы были заинтересованы только в одном - убедить русских в бесплодности новых геологических изысканий на Кубани.

Новосильцев расторгает контракт с американцами и приглашает на работу русских специалистов, делая ставку на долину рек Псиф, Кудако и Псебепс.

3 февраля 1866 года стало замечательным днем. Уполномоченный Новосильцева Владимир Петерс сообщил командиру Адагумского полка: «Уведомляю, что в последнюю поездку мою в урочище Кудако после неимоверных усилий 3-го февраля пробит, был камень, и с необыкновенным шумом открылась струя чистой нефти, дающая без помощи локомобиля и пособий рабочих, посредством одних труб от 1500 до 2000 ведер каждые 24 часа. Довожу об этом до сведения Вашего, для донесения кому следует».

Это был первый в России нефтяной фонтан. Он привлек внимание отечественной прессы, которая с большими подробностями описывала «чудо природы». Газета «Русский инвалид» (№ 59) опубликовала заметку об этом событии. А по дипломатическим каналам поступали запросы о постановке нефтяного дела на Кубани.

В наше время скважина уже не действует, но на её месте в честь тех событий построена стилизованная вышка, в середине которой установлен памятник.
Всё было бы хорошо, если не полное невнимание к столь историческому месту как местных властей, так и наших нефтяных гигантов, обязанных А. Н. Новосильцеву началом развития нефтяной отрасли в России.
Это место даже не включено в перечень достопримечательностей края, не говоря уже о том, чтобы поддержать идею создания мемориально-исторического комплекса.

Вышка выглядит ещё относительно достойно, а вот памятник с "пламенными" надписями на табличках разрушается и буквально рассыпается на глазах.

Использована информация с сайта:
http://kudako.ru/

Вода – источник жизни, без которого немыслима жизнь. На протяжении всей истории люди разбивали поселения вблизи водоемов и источников. Независимо от количества воды, имеющейся в регионе проживания людей, источники обожествлялись и часто наделялись магической силой. Действительно, подземная вода или вода, бьющая из источника более полезна, способна не только утолять жажду, но и наделять энергией. Уже в наше время доказано, что вода может менять свою энергоинформационную структуру, от чего будут зависеть её целебные свойства. Чем глубже добыта вода, тем она полезнее. В древности также было замечено это свойство, поэтому на поля доставлялась вода по специальной системе водоснабжения и орошения, в результате были большие урожаи.

Бурение скважин в добиблейские времена и в Египте

Первое упоминание о водоносных скважинах имеется в Библии. В «Исходе» глава 17:1-6 говорится о том, что во время перехода народа Израиля из Египта Моисей обращался к Богу, чтобы тот дал воду его народу в пустыне. Моисей ударил жезлом по скале в указанном Господом месте, и забил источник. В данном случае артезианские воды находились близко к поверхности.

Известны скважины для воды в Египте, по найденным артефактам удалось определить их возраст – он составил не менее 5000 лет. Некоторые из скважин даже имеют надпись с датой постройки. В Египте для бурения использовали грубые каменные долота, которые крепились к деревянному шесту.

Несколько позже в древнем Иерусалиме скважины стали неотъемлемой частью городского быта. В городе имелся источник Гихон за укрепленными стенами. Вода собиралась в бассейн, вокруг которого также возвышались мощные стены. Также в Израиле в городе Давида известность получила Шахта Уорена, по некоторым мнениям относящаяся к водопроводной системе. К Гихону вело несколько шахт. Считается, что город существовал еще 12 веке до н.э., тогда же были проведены работы по бурению источника.

Источники воды в Античном мире

В Античном мире также бурили источники. Скважины найдены в районе города Сиракузы, который находился на территории Древне Сицилии. Причем источники в Древней Греции были пробиты и на территории поместий богатых горожан. Правда, эти скважины были неглубокие и не превышали 3 м, то есть с её помощью поднимали грунтовые воды, а скважину бурили шнековым способом. Шнек – это вертикальный винтовой транспортер. В наше время тоже применяется для бурения неглубоких скважин.

Напомним, что в Сиракузах, в свое время жил Архимед, который создал специальное устройство для поднятия морской воды к акведукам, по конструкции напоминающее современный насос. Но был сделано открытие, которое позволяет утверждать, что скважины шнековым способом в Греции бурили еще за 100 лет до рождения Архимеда. Благодаря таким изобретениям в городах была сделан водопровод и канализация. В Риме до сих пор находится в рабочем состоянии канал Клоака Максима, который был построен в 5 веке до н.э. как канализационный. Сегодня он используется для ливневой канализации.

Выдержки из истории бурения Древнего Китая

Наибольшего совершенства достигли технологии в Древнем Китае. В 7 веке до н.э., по упоминаниям Конфуция, бурились скважины более 512 м. В древних манускриптах полностью описана технология бурения. Для разрушения породы применялись зубила, изготовленные из металла и прикрепленные к длинным бамбуковым шестам. Бур поднимался на высоту с помощью канатов и сбрасывался в скважину. Измельченную породу смешивали с водой и вычерпывали из скважины. Такой способ был придуман китайским инженером Ли Пеном. В наше время этот метод также применяется в усовершенствованном виде и называется ударно-канатным способом бурении скважин.

Первые скважины в Европе

Первая известная европейская скважина датирована 1125 годом. Её глубина составляла 121 м. Она расположена в провинции Па-де-Кайес (Франция). В 1818 году во Франции организован специальный фонд бурения скважин из-за массового спроса. В 1833 году была пробурена первая скважина в Париже, в 1839 году ее глубина достигала уже 493 м, в 1841 году – 549 м. На этом уровне под Парижем находится водоносный пласт, а из скважины забил фонтан с высотой 34 м.

Первые скважины в России

В России скважины бурились, прежде всего, для добычи соляного раствора. Нужно сказать, что водозаборные скважины использовались по прямому назначению относительно недолго. Метод бурения начали применять для разведки полезных ископаемых.

Первые скважины для водопотребления были пробурены в 15 веке в Кремле, в 1654 году на территории Троицко-Сергиевой лавры и в Белозере. Особенно актуальны были скважины для добычи соли, такие соляные варницы упоминались в 1136 году в грамоте князя Святослава.

В России к 17 веку имелся даже собственный рукописный учебник по бурению «Роспись как зачать делать новую трубу на новом месте». В этом своде правил был собран многовековой опыт российских бурильщиков. В сборнике давались рекомендации по отбору проб грунта, рассолов и способах устранения аварий. Также имеются сведения о правилах изготовления буров и технологии бурения. Приведены 128 термины, где нет ни одного заимствованного. В среднем практиковались скважины 89 саженей (около 88 метров), что соответствует песчаному горизонту.
Можно отметить и имена легендарных русских инженеров-бурильщиков как Кирилл Арнольд, Вениамин Каяканогов, Георгий Тимофеев. Со временем для бурения стали применяться паровые машины, двигатели. Уже в 19 веке в России пробурено большое количество скважин.

Современное бурение скважин

Можно считать с началом 19 века началась современная история бурения водоносных скважин. Технологии развивались, существенно росли и возможности бурильщиков, а также снижалась стоимость бурения.
В начале 20 века буровые установки представляли собой сугубо механические системы: колонну, дифференциально-винтовые, цепные или рычажные системы для осевого усилия. Со временем установки комплектовались гидравлической подачей, а также системой, позволявшей достигнуть плавного вращения. Буровые установки комплектовались дизель-гидроэлектрическим приводом, а впоследствии и электронным управлением.

История бурения водозаборных скважин связана со следующими изобретениями:

с изобретением шарошечного долота в США (1909);
с созданием буровых коронок с армированием резцов (после 1920);
с использованием мелкоалмазных коронок и долота (после 1940);

Нужно сказать, что совершенствовались только технологии, сам принцип бурения с древности практически не менялся. Кроме того, в настоящее время бурение скважин на воду постепенно ушло на второй план, бурение применяется для добычи полезных ископаемых, а средняя глубина скважины 2-3 км. В истории России имеется случай сверхглубокого бурения, ее глубина в 1992 году была свыше 12 км.

С совершенствованием технологии также изменялся характер комплектации скважин. Для защиты от промерзания и разрушения грунтовыми водами отверстие комплектуется водонепроницаемыми кессонами, образующими водонепроницаемые камеры. Кессоны в основном применяются для водозаборных скважин. Размеры кессонов: диаметр – 1 метр, высота – 2 метра. В кессонах обычно размещается оборудование водозаборной скважины, если необходимо сэкономить площадь в доме.

Во времена Древнего Рима вода шла по системе самотеком, 13 веке такой водопровод появился в Париже и Лондоне. Даже в Новгороде был найден самотечный водопровод из дерева. В Грузии вода подавалась по гончарным трубам. Этот водопровод построен в 13 веке. В 1630 году в Кремле построили первую скважину с водонапорной башней на свинцовых трубах – установки, которые используются и по сей день.

Сейчас стенки скважины могут быть закреплены целым рядом материалов доступных в момент бурения – чугунными, железобетонными, асбестоцементными, железобетонными, оцинкованными трубами. Пластиковые трубы применялись еще в 30х годах прошлого столетия. Исползовались полиэтиленовые и поливинилхлоридные трубы. Эти виды труд хорошо переносят высокие и низкие температуры. Современные трубы совмещают свойства полиэтилена и поливинилхлорида. Срок службы современных труб не менее 50 лет. Эти трубы «доставляют» воду буквально в первозданном состоянии, не изменяя химический состав. Неотъемлемой частью скважины будет и водозаборный насос. Насосы различаются по сферам применения, имеются более дорогие и менее дорогие версии, которые помогут «попасть» в нужный бюджет. В целом профессиональная компания предложит вам несколько вариантов комплектации насосов, которые будут отличаться по параметрам и стоимости.

Стоит ли бурить скважину?

Многие задаются вопросом, стоит ли бурить скважину? Безусловно, стоит. Вы обеспечите себя несравненно чистой водой. Скважины делятся на несколько типов: скважины для поднятия грунтовых вод, скважины для песочного горизонта, скважины водоносного горизонта. Самую полезную и чистую воду дадут вам последние, но даже средняя скважина 90 м может вам гарантировать хорошую и свежую воду. Какое отличие ее от грунтовых вод? Вода многократно проходит через толщу песка и очищается. Даже колодец гарантирует вам удовольствие от свежей воды, которая обладает большей энергией восстановления сил.

Самым будет сложным пробурить артезианскую скважину. Такая вода в большинстве случаев не используется для бытовых нужд. Обычно из таких скважин добывается вода с целью ее последующей продажи. Скважина бурится до известняковых пород, вода из нее бьет фонтаном. Он образуется потому, что в толще известняка вода находится под гидравлическим давлением. На сегодняшний день, несмотря на дороговизну, артезианские скважины стали самым популярным способом автономного водоснабжения. Подземные воды не требуют очистки и обеззараживания.

Основное преимущество такой скважины – это её несравненно высокая водоотдача. В среднем скважина без ремонта прослужит вам не менее 30 лет, но это при условии, что её будут бурить профессионалы.

Напомним, что артезианская вода доступна только в артезианских бассейнах, о географическом расположении которых можно уточнить в любом геодезическом бюро. При необходимости бурения, старайтесь выбирать фирму, имеющую большой и собственные мобильные буровые установки, тогда вы будете застрахованы от неприятностей эксплуатации.

Каков бы ни был бюджет автономного водоснабжения, обязательно рассмотрите разные варианты бурения. Со скважиной вы будете всегда обеспечены чистой родниковой водой.