НЕФТЕГАЗОВЫЙ ЛИКБЕЗ

О нефтегазовой отрасли простыми словами




Не секрет, что, не имея специальной отраслевой подготовки, переводчику часто приходится работать «вслепую», не понимая темы перевода. Это может приводить к серьезным ошибкам и другим нежелательным последствиям. В этой рубрике мы рассказываем об основных процессах и оборудовании нефтегазовой отрасли простым и понятным языком, и сегодня поговорим о геофизических методах разведки месторождения.

ТИПЫ СКВАЖИН

Хорошо известно, что различные виды подземных ловушек содержат нефть и газ, но не всегда просто найти эти места. До тех пор, пока скважина не пробурена и не испытана, нельзя сказать наверняка, будет ли она производить нефть и газ, и если будет, то в каком количестве.

Бурение нефтегазовой скважины требует привлечения технической экспертизы (technical expert review), и часто на эту работу уходят месяцы. Еще больше времени уходит на обучение и опыт, необходимые для успешного осуществления такого проекта. Первым шагом к началу бурения является нахождение перспективного месторождения (field).

После того как установлено, что существует потенциальная нефтеносная структура (oil-bearing formation), единственный способ подтверждения наличия нефти – бурение скважины. Бурение (drilling) - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород.

Скважиной (well) называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины. Практически вероятность обнаружения нефти в неразведанных районах (unexplored regions) составляет 1:9.

“СКВАЖИНЫ, ВСКРЫВАЮЩИЕ ВЕРТИКАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫЕ ПЛАСТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫМ СТВОЛОМ, ЯВЛЯЮТСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ”

Месторождения по степени их освоения подразделяются на новые (green fields) и разработанные (brown fields). Основными типами скважин с точки зрения их назначения являются следующие:

Опорные скважины (key wells) закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.

Параметрические скважины (appraisal wells) закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.

Структурные скважины (core wells) бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению (prospective drilling).

Поисковые скважины (wildcats) бурят с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа.

Разведочные скважины (exploration wells) бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.

Эксплуатационные скважины (production wells) закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр.

Нагнетательные скважины (injection wells) используются для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемниками.

Наблюдательные скважины (observation wells) бурят для контроля разработки залежи промышленного значения.

“НЕСКОЛЬКО СКВАЖИН, РАСПОЛОЖЕННЫХ БЛИЗКО ДРУГ К ДРУГУ, НАЗЫВАЮТ КУСТОМ СКВАЖИН”

ПРИНЦИП БУРЕНИЯ

В зависимости от глубины залегания нефтенесущего пласта (oil-bearing formation) глубина пробуренной скважины может колебаться от 800 до 8000 метров.

В нескольких словах можно сказать, что для бурения скважины требуется долото (drill bit) на забое (well bottom) и наращивание (making up) новых бурильных труб (drill pipe) по мере углубления скважины. Бурение осуществляется при помощи бурового станка (drilling rig).

СПОСОБЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение.

При механическом бурении (mechanical drilling) буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом (non-mechanical drilling) разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее.

Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.

Промышленное применение находят только способы механического бурения - ударное и вращательное.

УДАРНО-КАНАТНОЕ БУРЕНИЕ

Из всех разновидностей ударного бурения (percussion drilling) наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение (cable drilling). Оно заключается в следующем. Буровой снаряд (drilling tool) спускают в скважину на канате, который сматывается с барабана бурового станка. Скорость спуска бурового снаряда регулируют тормозом. При падении снаряда на забой скважины долото на его конце ударяется о породу и разрушает ее.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ

При вращательном бурении (rotation drilling) разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента (torque). Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.

РАЗНОВИДНОСТИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Существует две разновидности вращательного бурения - с забойными двигателями и роторный.

БУРЕНИЕ С ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

При бурении с забойным двигателем долото привинчено к валу, а бурильная колонна (drilling string) - к корпусу двигателя. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором.

“СКВАЖИНОЙ НАЗЫВАЕТСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА, СООРУЖАЕМАЯ БЕЗ ДОСТУПА В НЕЕ ЧЕЛОВЕКА И ИМЕЮЩАЯ ДИАМЕТР ВО МНОГО РАЗ МЕНЬШЕ ЕЕ ДЛИНЫ”

ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

В настоящее время применяют три вида забойных двигателей — турбобур, электробур и винтовой двигатель.

ТУРБОБУР

Турбобур (turbodrill) – это многоступенчатая турбина, каждая ступень которой состоит из статора, жестко соединенного с корпусом турбобура, и ротора, укрепленного на валу турбобура. Поток жидкости, стекая с лопаток статора, натекает на лопатки ротора, отдавая часть своей энергии на создание вращательного момента (torque), снова натекает на лопатки статора и т.д. Хотя каждая ступень турбобура развивает относительно небольшой момент, благодаря их большому количеству, суммарная мощность на валу турбобура оказывается достаточной, чтобы бурить самую твердую породу.

ЭЛЕКТРОБУР

При бурении с помощью электробура питание электробура осуществляется через кабель, укрепленный внутри бурильных труб. В этом случае вместе с долотом вращается лишь вал электродвигателя, а его корпус и бурильная колонна остаются неподвижными.

“БУРЕНИЕ - ЭТО ПРОЦЕСС СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИНЫ ПУТЕМ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД”

ВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Основными элементами винтового двигателя являются статор и ротор. Внутренняя поверхность статора имеет вид многозаходной винтовой поверхности. А ротор изготавливают из стали в виде многозаходного винта. Количество винтовых линий на одну меньше, чем у статора. Благодаря этому контактирующие поверхности статора и ротора образуют ряд замкнутых полостей – шлюзов между камерами высокого давления у верхнего конца ротора и пониженного давления у нижнего. Шлюзы перекрывают свободный ток жидкости через двигатель, и в них давление жидкости создает вращающий момент, передаваемый долоту. Винтовой двигатель применяется для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.


Комплекс для вращения бурильной колонны: 1 – рабочая площадка; 2 – ротор; 3 – ведущая труба (квадрат); 4 – буровой рукав; 5 - элеватор 6 – вертлюг; 7 – стояк; 8 – талевый блок.

РОТОРНОЕ БУРЕНИЕ

При роторном бурении (rotary drilling) мощность от двигателей передается через лебедку (drawworks) к ротору - специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины (wellhead) в центре вышки.

Ротор вращает колонну бурильных труб и привинченное к ней долото, которое дробит породу на забое скважины.

Шлам (cuttings), т.е. обломки разбуриваемой породы, выносится на поверхность буровым раствором (drilling mud), основу которого составляют глина, вода и различные химреагенты.

По характеру разрушения горных пород на забое различают бурение сплошным забоем (full-hole drilling) и колонковое бурение (core bit drilling).

При бурении сплошным забоем разрушение пород производится по всей площади забоя.

Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна (core) – цилиндрического образца горных пород на всей или части длины скважины. С помощью отбора керна изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

ВИДЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Выделяют следующие виды бурения с точки зрения его направленности: вертикальное, наклонно-направленное, горизонтальное.

ВЕРТИКАЛЬНОЕ БУРЕНИЕ

Вертикальное бурение (vertical drilling) – это вид бурения, при котором скважина пробуривается вертикально относительно напластования.


Вертикальное бурение

КУСТОВОЕ БУРЕНИЕ

Направленное бурение имеет большое значение при бурении глубоких скважин.

Если бы для каждой скважины приходилось отсыпать площадку (wellpad), то стоимость добываемой нефти была бы слишком высокой.

Применение метода направленного бурения позволяет пробуривать до 30 скважин с одной площадки. Несколько скважин, расположенных близко друг к другу, называют кустом скважин (well cluster). На одной кустовой площадке может быть несколько кустов скваж

НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ

Наклонно-направленное бурение (directional drilling) – это вид бурения, при котором осуществляется наклон или кривление скважины (well deviation) относительно напластования. Точка, в которой начинается отклонение скважины, называется точкой начала отклонения (kick-off point).

Направленной называется скважина, которая была пробурена вдоль запроектированной пространственной трассы, и которая попала в заданную цель, а ее забой и фильтровая зона ориентированы относительно простирания пласта (strike).


Наклонно-направленное бурение

ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ БУРЕНИЕ

Горизонтальное бурение (horizontal drilling) – это вид бурения, при котором скважина из наклонной (deviated well) постепенно переходит в горизонтальную (horizontal well), например, когда необходимо соединить два нефтесодержащих пласта.

Горизонтальная скважина – это скважина, которая имеет достаточно протяженную фильтровую зону, соизмеримую по длине с вертикальной частью ствола, пробуренную преимущественно вдоль напластования (stratification) между кровлей и подошвой нефтяной или газовой залежи в определенном направлении.

Основное преимущество горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными состоит в увеличении дебита за счет расширения области дренирования и увеличения фильтрационной поверхности.

Любая скважина, которой пересекают пласт вдоль напластования, может называться горизонтальной, в то время как вертикальные скважины бурят перпендикулярно напластованию, а наклонные – под углом к напластованию.

Таким образом, скважины, вскрывающие вертикально расположенные пласты вертикальным стволом, являются горизонтальными.

БУРЕНИЕ С ОТКЛОНЕНИЕМ ОТ ВЕРТИКАЛИ

Бурение под углом к вертикальной линии в направлении цели бурения (drilling target) называют бурением с отклонением от вертикали (БОВ) (extended reach drilling).


Переход наклонной скважины в горизонтальную

МЕТОДИКА НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Необходимая степень отклонения от вертикали достигается за счет использования специального отклоняющего инструмента.

Существует множество отклоняющих инструментов при бурении различных типов отложений. Наиболее распространенным является кривой переводник (bent sub).

Он представляет собой небольшую муфту с замковым соединением, обработанным на станке так, чтобы обеспечить изменение направления ствола скважины.

Бурильную колонну, включающую кривой переводник, спускают до места, где необходимо осуществить отклонение, а прибор для измерения кривизны ствола - инклинометр (inclinometer) спускают внутрь компоновки (assembly).


Компоновка бурильного инструмента с кривым переводником

Камера прибора фиксирует процесс направления кривого переводника. На поверхности прибор позволяет отслеживать изменение направления кривого переводника.

Обычно применяется угол наращивания (build-up angle) с отклонением 1-20 на каждые 100 метров проходки (progress). Процесс измерения кривизны ствола называется инклинометрией (directional survey)

Другим инструментом, который применяется для кривления скважины, является отклонитель (whipstock). Это длинный клинообразный (wedge-shaped) вогнутый инструмент (concave tool). Кольцо в его верхней части используется для крепления к колонне бурильных труб. Отклонитель спускают в скважину на специальном переводнике. Он предназначен для направления долота с бурением под углом до 400.

После бурения под направлением отклонителя 3-7 метров, его извлекают, проводят замеры направления бурения и спускают обычную компоновку для бурения (bottomhole assembly (BHA)).


Операции по отклонению ствола скважины отклонителем

КУСТОВОЕ БУРЕНИЕ

Направленное бурение имеет большое значение при бурении глубоких скважин.

Если бы для каждой скважины приходилось отсыпать площадку (wellpad), то стоимость добываемой нефти была бы слишком высокой.

Применение метода направленного бурения позволяет пробуривать до 30 скважин с одной площадки. Несколько скважин, расположенных близко друг к другу, называют кустом скважин (well cluster). На одной кустовой площадке может быть несколько кустов скважин.


Бурение нескольких скважин с одной площадки

БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ

Бурение нефтяных и газовых скважин осуществляется при помощи буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровая установка (drilling rig) - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированных на точке бурения и обеспечивающих самостоятельное выполнение технологических операций (process operations) по строительству скважин.

В настоящее время для наземного бурения (onshore drilling) применяется достаточно большое количество различных типов буровых станков отечественного и импортного производства.

Они могут отличаться грузоподъемностью (нагрузкой на крюк) (hook load), размерами, массой, мобильностью, могут быть сборными или нет.

От параметров станка зависит время, необходимое для его транспортировки и монтажа (rigging up), а также время на бурение скважины.