А. Новиков, К. Новиков
Строительство нефтяных и газовых скважин
Глава 1. Введение
§ 1. Общие сведения о бурении нефтяных и газовых скважин
Автор, имеющий опыт бурения скважин, в разных горно-геологических и климатических условиях: (Волгоградская область, Коми Усинское месторождение, Ямал сверхглубокая СГ-7 Ен-Яхинская, Таймыр-Северо-Соленинское газовое месторождение, Западный Казахстан Тенгизское нефтяное месторождение, сервисные компании по интегрированным поставкам долот, супервайзинг строительства скважин), попытался обобщить наработанный опыт и изложить материалы более менее скомпонованном виде. Данная книга является переработанный и является улучшенным вариантом аналогичной книги, в связи с усложнением работ по освоению скважин, применением сложных технологий и техники, в книгу включен раздел, посвященный освоению скважин. Тема каждой из глав является сложной инженерной задачей, каждой теме посвящено огромное количество работ и исследований. Целью данной работы является краткое освещение современной техники и технологии строительства скважин. В работе нет расчетов, существующие программные комплексы позволяют оптимизировать эту проблему и акцентировать внимание и усилия на понимание буровых процессов, знание бурового и технологического оборудования и правильной организации работ по строительству скважин.
Строительство скважин в комплексе работ по разведке и добыче нефти и газа, является одним из важнейших видов работ в добыче нефти и газа и является ремеслом в высшем понимании этого слова. Это прямой метод разведки (в отличие от косвенных, космических съемок, гравиаразведки, сейсморазведки и др.). Единственным способом транспортировки пластового флюида на дневную поверхность, за исключением разработки, неглубоко залегающих залежей нефти, где добыча ведется шахтным способом, является скважина.
Глубокие структурные изменения в области строительства скважин в России, произошедшие в последние 2 десятилетия, не смогли не повлиять положительно, как на скорости бурения, так и на качество строительства скважин. На смену работы под ключ буровым организациям, пришли сервисные подрядчики, которые узко специализируются и используют в работе новейшие западные технологии, буровые установки, оборудование и материалы. В начале века бурение нефтяных скважин было сравнительно простым процессом, выполнялось при помощи относительно несложного оборудования и технологий. Но в дальнейшем, по мере роста глубин скважин, усложнения геолого-технических условий, разрабатываемых месторождений, требованиям к назначению и видам скважин, бурение скважин значительно усложнилось и успех бурения стал возможным, благодаря значительному техническому прогрессу, достигнутому в области бурового оборудования, инструмента, технологий и т. д. [56]., появились новые:
Буровые установки;
Буровое оборудование;
Разработаны новые типы долот;
Стали реальными более сложные конструкции и виды скважин;
Новые типы растворов, химреагентов;
Телеметрическое сопровождение наклонных и горизонтальных скважин, позволило бурить скважины с большими отходами и сложными профилями;
Разработано и применяется программное обеспечение технологических процессов строительства скважин;
Практически все процессы контролируются станциями геотехнического контроля;
Применяется удаленный мониторинг строительства скважин.
Осуществляется супервайзерский контроль (руководство) за строительством скважин.
Учитывая то, что на суше проведена глобальная разведка углеводородов и ведется интенсивная добыча, большинство месторождений истощены, большой интерес, с точки зрения запасов углеводородов, представляет шельф Мирового океана. Почти весь российский шельф располагается в холодных морях Северного Ледовитого океана и Охотского моря. Его протяженность у берегов России составляет 21 % всего шельфа Мирового океана. Около 70 % его площади перспективны с точки зрения полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа.
На шельфе содержится четверть наших запасов нефти и половина запасов газа. Распределены они следующим образом:
Баренцево море 49 %;
Карское 35 %;
Охотское 15 %.
И лишь менее 1 % находится в Балтийском море и на нашем участке Каспия.
Разведанные запасы на шельфе Северного Ледовитого океана составляют 25 % мировых запасов углеводородного сырья. Поэтому актуальность развития морского бурения очевидна, которое в настоящее время является очень сложной инженерной и дорогостоящей задачей. [44]
Учитывая тот факт, что в России производство морских установок и подводного оборудования устья скважин для бурения и добычи углеводородов, не производится, то очевидно произойдет возврат к старым месторождениям, где коэффициент извлечения нефти очень мал и составляет по России в 2014 г., по разным источникам от 0,28 до 0,372.
В настоящее время добыча и потребление нефти в мире неуклонно растет, динамика показана на графике рис. 1.1. [24]
Рис. 1.1. Прогноз мирового спроса на нефть.
Из графика, представленного на рис. 1.2. видно, что затраты на непосредственно бурение превышают все остальные значительно, и затраты растут, всвязи с усложнением технологий строительства, увеличения глубин скважин.
Рис. 1.2. Распределение объемов капиталовложений при строительстве скважин в России
С учетом того, что на суше существующие запасы на сегодняшний день ограничены, нефтяные и газовые компании предполагают перспективной вести добычу на шельфе Арктики.
Добыча углеводородов в Арктическом шельфе может оказаться дорогой и альтернативой может стать добыча сланцевых углеводородов.
Запасов сланцевой нефти в мире по сравнению с запасами традиционной нефти несоизмеримо больше, но отсутствие в России в настоящее время эффективных технологий разработки, сдерживают их добычу. Богатейшие в мире запасы сланцевой нефти находятся в России (месторождения Баженовская свита и Ачимовская свита в западной Сибири).
Распределение самых больших в мире запасов сланцевой нефти (по состоянию на 2013 год) представлено в таблице 1.
Таблица 1
Огромные запасы нефтяных сланцев разведаны во многих странах мира, и их разработка может совершенно изменить мировую карту добычи энергоносителей.
Когда добыча сланцевой нефти ведётся в промышленном масштабе, для гидравлического разрыва в скважину закачиваются миллионы тонн водного раствора химикатов. Этот раствор содержит огромное количество опасных для человека веществ (до 700 наименований). Там присутствуют:
1. Канцерогены, вызывающие рак;
2. Мутагены, вызывающие непредсказуемые генные мутации;
3. Вещества, вредно действующие на эндокринную систему человека;
4. Вещества, которые организм человека не может вывести естественным путем.
Кроме того, в процессе гидроразрыва, в скважину закачивается огромное количество пресной воды, запасы которой в мире ограничены и немаловажный фактор-себестоимость добычи сланцевой нефти в настоящее время, намного выше добычи традиционной нефти. [109]
Но есть надежда на решение проблемы: Израиль приступил к разработке безводной технологии добычи сланцевой нефти.
В случае успеха (по прогнозу результаты работ будут известны к 2020 году) будут сняты и все экологические ограничения. Новая технология может стать более экономичной, чем традиционная добыча нефти и газа. Тогда будет возможен новый всемирный сланцевый бум.