Углубляясь в недра: история бурения скважин

Роль нефти и газа в современном мире сложно переоценить. Но прежде чем их добывать и перерабатывать, необходимо построить надежный и герметичный канал, по которому можно безопасно транспортировать природное богатство на поверхность. Бурение глубоких скважин – трудоемкий и высокотехнологичный процесс, а современные буровые установки больше похожи на небольшие заводы – они практически ничем не напоминают деревянную буровую вышку полковника Дрейка, похожую на деревенский домик.

Бурение скважины начинается с ее проектирования. В России это делают в специализированных проектных институтах, с которыми компании-операторы месторождений заключают договор. За рубежом конструкцию рассчитывают инженеры нефтяных компаний, соблюдая при этом и внутренние стандарты оператора, и требования технадзора страны. Стандарты основаны на предельных нагрузках и давлениях, которые может испытывать скважина на разных этапах строительства и эксплуатации:

- максимальная растягивающая нагрузка от веса спускаемых в скважину труб;

- избыточное внутреннее давление при добыче нефти или газа;

- избыточное наружное давление при вскрытии пласта с аномально высоким давлением.

Прогресс: когда-то бурильни больше походили на хижины

Когда проект готов и заверен технадзором, можно приступать к строительству скважины. Для этого используется буровая установка. Самый простой ее вариант применяют при бурении на суше. Бурение на акваториях со стационарных платформ
представляет собой приблизительно такой же процесс. Самое сложное – глубоководное бурение с плавучих установок и буровых кораблей: на подобные проекты приглашаются лучшие специалисты отрасли, так как технология сложна, а цена ошибки очень высока (печальным примером служит недавняя катастрофа
в Мексиканском заливе). Стоимость работы буровой установки зависит от локации: на суше от 20 000 долларов в день, на море – и до 500 000 долларов. С учетом того что некоторые скважины строятся по несколько месяцев, затраты нефтяных компаний на бурение очень велики.



На самом деле Эдвин Лаурентин Дрейк вовсе не был полковником, и даже в армии не служил: до того как стать геологоразведчиком, он работал кондуктором на железной дороге (право бесплатного проезда в поездах и привлекло к его кандидатуре новых работодателей-нефтяников). Перед тем как отправить его в Пенсильванию на поиски нефти, компания Seneca Oil послала в место назначения несколько сопроводительных писем, в которых Дрейк «для весомости» был представлен как «полковник Э.Л. Дрейк». Так звание закрепилось в истории.

Бурение и обслуживание скважины – круглосуточный процесс, в котором не бывает
праздников и выходных, поэтому на буровой постоянно находятся две смены (работающие по 12 часов, вахтами по 2–4 недели). Одновременно может быть задействовано от 10 до 30–40 рабочих и инженеров – в зависимости от сложности работ, климата и локации. Разумеется, для такой работы нужно обладать не только техническими знаниями и навыками, но и определенными психологическими качествами – долгое время находиться далеко от дома в компании одних и тех же людей, работая минимум по 12 часов в день, под силу не каждому! Хотя современные буровые, конечно, оснащены доступом в Интернет и телефонами для связи с «большой землей».

Самое сложное – бурение в море

Глубины типичных нефтяных и газовых скважин – от 2 до 4 км по вертикали (при бурении на море прибавьте к этому глубину воды). Обычно разведочные скважины бурятся вертикальными, а эксплуатационные (добывающие или нагнетательные) – наклонно-направленными или даже горизонтальными. Это нужно для большего охвата продуктивной залежи меньшим количеством скважин. Поэтому длина скважины по стволу всегда больше ее вертикальной проекции. Мировой рекорд по глубине до недавнего времени принадлежал России: в 1990 году на Кольском полуострове была пробурена Кольская сверхглубокая скважина глубиной 12 262 м. Эта скважина, конечно, сугубо научная – нефть и газ на таких глубинах не залегают. Что касается нефтяных скважин, то можно отметить два выдающихся достижения: в 2008 году датская компания Maersk Oil пробурила в Катаре скважину длиной 12 290 м, а в 2011 году американский концерн ExxonMobil установил новый мировой рекорд,
пробурив на Сахалине скважину длиной 12 345 м. В обоих примерах говорится «длина», так как в этих скважинах пробурен продолжительный горизонтальный участок – соответственно, их глубины по вертикали существенно меньше нашей Кольской. Поэтому с точки зрения достижения определенных отложений земной коры
российский рекорд по-прежнему не побит. Иными словами, Кольская скважина уже не самая длинная, но по-прежнему самая глубокая. Печально, что этот выдающийся проект был закрыт из-за недостатка финансирования в 90-е годы, и сейчас уникальная сверхмощная буровая ржавеет, а скважина законсервирована. 

Основной инструмент бурения – долото: именно оно разрушает горные породы. Два
основных типа долот – шарошечные (с вращающимися конусами – шарошками, на которые наплавлены вставки-зубья) и матричные (без вращающихся частей, но с резцами из твердых сплавов или алмазов на лопастях). Есть также множество долот специального назначения для аварийных операций в скважине. Бурение начинается долотом наибольшего диаметра – на суше это чаще всего 394 мм, на море может быть до двух раз больше. Следующую секцию бурят долотом меньшего диаметра, далее – еще меньшего, и так до последней секции, которая вскрывает продуктивный (нефте- или газонасыщенный) пласт. Диаметр последнего участка обычно составляет 216 мм.
Таким образом, скважина напоминает телескопическую трубу с наибольшим диаметром у поверхности (на устье) и наименьшим – на забое.

Шарошечное долото