Современная технология бурения, этапы развития бурового оборудования и представление о специфике бурения в море.

За последнее десятилетие создано несколько новых поколений ПБУ, безусловно способствующих освоению глубин свыше 1000-1500 м. Однако на пути дальнейшего роста глубин имеются серьезные препятствия, одним из них является технология работ с использованием морского стояка, собственные колебания которого близки к периоду волн, что способствует возникновению резонансных явлений. И поскольку стояк находится в напряженном состоянии, его порыв может серьезно повредить установку; следовательно на глубинах 2000-4000 м необходимы дополнительные меры безопасности, которые смогли бы обеспечить нормальную работу стояка.

Большие успехи за последнее десятилетие достигнуты в бурении горизонтальных скважин, эффективность создания которых перекрывает почти вдвое возросшую стоимость бурения по сравнению с вертикальными скважинами. Производительность горизонтальных скважин значительно выше вертикальных, поскольку вскрывается существенно большая часть продуктивного пласта. Период фонтанной эксплуатации горизонтальных скважин весьма эффективен, но затем, в зависимости от многих факторов, таких как вязкость и плотность добываемых флюидов, газонасыщенность и т.п., осложняются вторичные методы эксплуатации, хотя никак нельзя считать невозможным их использование. Уже имеются еще более прогрессивные технические решения: после разбуривания вертикального ствола с определенной глубины осуществляется зарезка двух боковых стволов, ориентированных на более полный охват залежей.

При бурении горизонтальной скважины продуктивная часть коллектора обсаживается заранее перфорированными хвостовиками, а если прочность коллектора не вызывает осложнений (обвалов и т.д.), то ее вообще оставляют “открытой”.

Бурение эксплуатационных скважин малого диаметра (СМД) является еще одним из известных путей сокращения стоимости бурения: при этом резко сокращаются буровые отходы, уменьшаются объемы выбуренной породы, трубы спускаются меньшего диаметра и применяются облегченные бурильные колонны, сокращаются объемы буровых растворов, используются буровые установки пониженной мощности.

К таким скважинам относят стволы диаметром от 95,2 до 158,8 мм. Правильно спроектированные, они снижают в целом затраты примерно на 50%.

Зачастую при бурении геологически сложных интервалов скважин с малым радиусом допуска, целесообразно применять так называемые роторно-управляемые системы (РУС). Эти системы находят всё более широкое применение во всем мире в связи повышением требований к наклонному и горизонтальному бурению. Наиболее важная особенность РУС состоит в том, что она обеспечивает непрерывное вращение бурильной колонны, тем самым исключая необходимость ее скольжения в ходе наклонно-направленного бурения. Также РУС практически мгновенно реагирует на команды с поверхности, когда необходимо изменить траекторию скважины. Их применение обеспечивает высокую скорость проходки в связи с уменьшением количества СПО и отсутствием режима скольжения. Кроме того, улучшается качество ствола скважины, т.к. отсутствует изгиб в нижней части КНБК. Наиболее распространенной РУС в наши дни является система компании Schlumberger – “Power Drive”. Принцип действия данной системы заключается в использовании отклонителей над долотом, которые позволяют создавать давление на боковую поверхность долота в направлении, противоположном действию отклонителей. При этом отклоняется вся РУС. В системе “Power Drive” основным элементом конструкции является стабилизатор-отклонитель (рисунок 1). На вращаемом приводном валу 1 размещается корпус невращаемого стабилизатора-отклонителя 2, в котором встроены блок электроники и датчики инклинометрии 5, управляющие гидравлическими клапанами 3, приводящими в действие отклоняющие опоры 4. Отклоняющие опоры, управляемые независимо друг от друга при определенном выдвижении из корпуса, задаваемом электроникой, создают радиальное усилие к долоту с направлением и силой, соответствующей векторной сумме усилий на опорах

Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов должны оказывать минимальное отрицательное воздействие на продуктивный пласт, иметь высокую взвешивающую и несущую способность для предотвращения накопления шлама в скважине, обладать повышенными смазочными свойствами. Буровые растворы на водной основе снижают естественную проницаемость призабойной зоны скважины. Это влечет за собой уменьшение фактической продуктивности скважины в сравнении с ее потенциальной продуктивностью и увеличение сроков освоения скважин. Кроме того, буровые растворы на водной основе вызывают коррозию промыслового оборудования, повышают его абразивный износ и развивают нежелательные микробиологические процессы. Требованиям, обеспечивающим высокое качество вскрытия продуктивных пластов, удовлетворяют растворы на углеводородной основе (РУО). Использование РУО позволяет практически полностью исключить снижение нефтепроницаемости призабойной зоны скважины. Несущей средой этих растворов является углеводородная, по физико-химическим свойствам родственная углеводородному флюиду, насыщающему продуктивный пласт, и, следовательно, не образующая при их взаимодействии малоподвижных смесей, блокирующих поровое пространство призабойной зоны скважины. Помимо качественного вскрытия продуктивных пластов РУО с успехом могут использоваться в разведочном бурении для отбора керна с сохранением его естественной водонасыщенности и проницаемости, а также при бурении скважин в осложненных условиях и для подземного (капитального) ремонта нефтяных и газовых скважин. РУО имеют малокомпонентный состав, что снижает их стоимость, быстро готовятся в условиях буровой, легко прокачиваются и очищаются от выбуренной породы. Реологические параметры их хорошо регулируются в процессе бурения скважины. Применение органобентонита в составе РУО, кроме структурообразующих свойств, обеспечивает раствору необходимую вязкость, высокую термостойкость и электростабильность, неограниченную солестойкость, большую глиноемкость, устойчивость к СО₂ и H₂S, полную коррозионную устойчивость, возможность утяжеления раствора, высокие смазочные свойства.

При существующих способах бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ контроль и оперативное управление траекторией ствола скважины в процессе проводки осуществляется забойными телеметрическими системами (ЗТС). Современная система управления процессом бурения состоит из забойного и наземного бурового оборудования, которое образует единый технический комплекс.

Забойное буровое оборудование системы управления ТСС включает:

· телеметрическую систему измерения параметров скважины;

· устройство для направленного бурения в виде КНБК, включающей отклонитель и систему управления отклонителем;

· канал связи телеметрической системы с наземной аппаратурой.

Наземное оборудование для управления отклонителем должно включать:

· устройство для поворота и вращения бурильной колонны (ротор буровой установки);

· буровые насосы;

· буровую лебедку;

· систему питания и передачи управляющих решений на наземные устройства и на забой.

Первыми стали осваиваться нефтегазовые залежи, частично уходящие в море, причем первые действия в этом направлении сводились к “увеличению” суши, путем засыпки мелководных участков моря, на которых традиционным способом бурились отдельные скважины.

Затем стали строить эстакады (“мосты” в море), в строительстве которых особенно преуспели на мелководной части Каспийского моря вблизи Баку: здесь было построено свыше 500 км эстакад. Вдоль, возводились приэстакадные площадки, на которых бурилось несколько скважин на небольшом расстоянии друг от друга. Однако уже на глубинах моря свыше 10 м и на значительном удалении от берега неэффективность эстакад была очевидна, и началось строительство отдельных небольших оснований под буровые вышки и оборудование. Первые разведочные скважины на море бурились с отдельных оснований, которые сохранялись в дальнейшем в случае успеха поисков, и разведочная скважина переходила в разряд эксплуатационных.

Однако потребности в освоении морских ресурсов нефти и газа требовали создания новых технических средств для бурения скважин, и появились основания кессонного типа, погруженные на дно моря. Эти основания так и стали именоваться – погруженными или погружными.

Итак, морские плавучие буровые установки (МПБУ) подразделяются на четыре основные группы: погружные, самоподъемные, полупогружные и буровые. При этом погружные и самоподъемные опираются на дно, т.е. обязательна их связь с донным грунтом, а полупогружные ПБУ и буровые суда (БС) фиксируются на точке бурения либо с помощью якорных систем, либо путем обеспечения так называемого динамического позиционирования, т.е. удержания БС на точке бурения специальными движителями.

Для полноты перечня следует отметить, что в связи с большими перспективами прогнозируемых запасов арктических морей, где ледовый покров сохраняется около 10 месяцев, а то и круглогодично, в недалеком будущем создается принципиально новый тип буровых судов – подводных буровых установок.

Бурение скважин на море труднее и дороже, чем на суше. Обусловлено это наличием над придонным устьем скважины водного пространства, необходимостью применять специальные морские основания для размещения на них бурового оборудования и выполнения с них комплекса работ, связанных с проводкой скважины, сложными гидрологическими и метеорологическими условиями работы на акваториях (ветры и волнения, приливы, отливы и течения, туманы, морось, снег и горизонтальная видимость, ледовый режим, температура воздуха и воды).

Ветры, волнения и течения водного пространства, находящегося над придонным устьем скважины, вызывают качку плавучей буровой установки, перемещение оборудования и инструментов по ее палубе, дрейф и снос установки в направлении ветра или течения. Качка оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на людей, работающих на буровой установке. Волнение моря вредно и при бурении со стационарных (неподвижных) установок, так как волны, обрушивающиеся на основание буровой, могут повредить его или полностью разрушить.

Рыхлые породы морского дна обычно сильно обводнены. При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения.

Освоение морских скважин имеет свои характерные особенности, обусловленные ограниченностью площади платформы, наличием большого персонала на платформе, быстро ухудшающимися погодными условиями, техническими ограничениями по наличию буровых растворов разных плотностей и т.д.

Эффективность применения на море способов бурения, признанных рациональными для выполнения геологоразведочных задач, ниже, чем на суше. Обусловлено это рядом причин:

· качкой и дрейфом ПБУ;

· сильной обводненностью и неустойчивостью рыхлых пород разрезов;

· требованиями недопущения загрязнения окружающей среды;

· трудностью организации замкнутой циркуляции промывочных растворов;

· нахождением придонного устья скважины вне видимости бурильщика и обусловленными этим трудностями;

· повышенным износом бурового оборудования и инструментов из-за работы в агрессивной среде;

особенностями способов и схем бурения и т.д.