Умови залягання нафти і буріння свердловин

За сприятливих умов нафта накопичується у відповідних гірничих породах (колекторах), що відрізняються тріщинуватістю або шпаристістю, спроможних уміщати величезну її кількість. Одиничне скупчення нафти в колекторі називають покладом нафти, а їхня сукупність в якій-небудь ділянці земної кори утворює нафтове родовище. Через тріщини і пори гірничих порід нафта може переміщуватися, що створює можливість її припливу до місць видобутку.

Нафту добувають із свердловин – вузьких отворів, пробурених у гірничих породах до нафтоносного шару.

Для проходження свердловини обертальним (роторним) бурінням будують спеціальні бурові вишки (рис. 3.5). На вишці встановлюють двигун, що передає обертальний рух ротору – важкому сталевому диску з квадратним отвором у центрі.

Рис. 3.5. Схема установки для обертального буріння:

1 – сталеві обсадні труби; 2 – лебідка; 3 – двигун лебідки; 4 – вертлюг: 5 – сталевий канат; 6 – сталевий блок; 7 – гак; 8 – гнучкий шланг; 9 – головна труба (квадрат); 10 – ротор; 11 – вишка; 12 – буровий насос; 13 – двигун насоса; 14 – приймальний чан; 15 – бурильні замки (з’єднання бурильних труб); 16 – бурильні труби; 17 – цементна обо­лонка навколо обсадних труб; 18 – турбобур (для роторного буріння він не встановлюється); 19 – шарошка.

Ротор обертає пропущену через квадратний отвір такого ж перетину трубу, підвішену одним кінцем на вертлюзі. Вертлюг висить на гаку, прикріпленому до сталевого канату, пропущеного через талеву систему блоків (піднімальний механізм). Ротор обертає підвішену бурильну трубу, на нижньому кінці якої укріплений буровий інструмент-долото, шарошка, коронка (рис. 3.6) – діаметром, що дещо перевищує діаметр бурильної труби. Буровий інструмент виготовляють з особливо твердих сталей і сплавів. Для буріння найтвердіших порід використовують також діамантові насадки.

Рис. 3.6. Бурильні інструменти:

1 – коронка; 2 – долото; 3 – шарошка

В міру проходження свердловини її зміцнюють, опускаючи в неї обсадні труби, які теж поступово нарощують.

У процесі буріння породу, що руйнується, витягають на поверхню нагнітанням у свердловину через колону бурильних труб під тиском спеціального глинистого розчину. Омиваючи буровий інструмент, глинистий розчин піднімається на поверхню, проходячи між колоною бурильних труб і стінками свердловини. Постійно циркулюючи, глинистий розчин охолоджує буровий інструмент, який при роботі (особливо у твердих породах) дуже нагрівається, і одночасно змочує дно свердловини, розм’якшує породи, полегшуючи цим буріння. Потім, піднімаючись нагору, глинистий розчин захоплює із собою з дна свердловини частки зруйнованої породи і виносить їх на поверхню. Стикаючись із стінками свердловини і проникаючи в її пори, він відкладає на них прошарок глини, покриває їх як би прошар­ком штукатурки, що сприяє їхньому зміцненню.

При бурінні у твердих породах замість глинистого розчину можна застосовувати чисту воду.

Техніка роторного буріння дозволила проходити свердловини глибиною в сотні і навіть тисячі метрів. Проте зі збільшенням глибини свердловин усе більш виявляється дуже істотна вада цього способу – обертова колона бурильних труб із поглибленням свердловини стає усе важче і потребує великих зусиль для її обертання. При цьому значна частина потужності двигуна витрачається не на обертання власне бурового інструмента, а на обертання важкої колони труб. Щоб труби не обривалися, необхідно їх виготовляти з дуже міцного металу.

Широко застосовується відносно новий метод буріння свердловин, що полягає в тому, що двигун безпосередньо сполучений із буровим інструментом і опущений у свердловину. Як двигун застосована малогабаритна багатоступінчаста турбіна, що приводиться до руху глинистим розчином. Нова бурова машина одержала назву турбобуру. При цьому засобі буріння колона бурильних труб, що опускається в свердловину, не обертається, вона тільки підтримує турбобур і здійснює його поступальні рухи униз і нагору по свердловині. Отже, бурильні труби можуть бути менш міцними і більш легкими.

Застосовується також електробур, у якому замість турбіни з буровим інструментом безпосередньо опускається в свердловину особливої конструкції електромотор. Електроенергія до нього подається по провід­никах, вмонтованих у розбірну колону бурильних труб.

Способи буріння за допомогою турбобуру й електробуру, що дозволяють проходити свердловини глибиною до 5 тис. м і більше, вже широко застосовуються в нафтовій промисловості. Вони високо оцінені і застосовуються також у закордонних країнах.

В даний час велику актуальність має задача надглибокого буріння, тому що, за новітніми уявленнями нафтової геології, на глибинах від 5 до 10 тис. м концентруються найзначніші запаси нафти.

Завдяки удосконалюванню техніки швидкість буріння свердловин надзвичайно зросла. Роторне буріння дозволило збільшити швидкість буріння до 4000 м і більше на рік. Застосовуючи новітні засоби буріння, бурові майстри-швидкісники проходять свердловину в 2000 м менше ніж за місяць.

Після того як свердловину доведуть до нафтового шару і розкриють його, її остаточно закріплюють цементацією: усі проміжки між обсадними трубами і стінками свердловини заповнюють цемент­ним розчином.

Сучасна техніка буріння дозволяє бурити не тільки вертикальні й прямі свердловини, але також похилі й криві. Це має дуже важливе значення в тих випадках, коли безпосередньо над місцем залягання нафти неможливо закласти свердловину. У результаті проходження похилих або кривих свердловин створюється можливість для видобут­ку нафти, розташованої під важливими будівлями, видалення котрих недоцільне, і навіть під морським дном.

Застосування похилих свердловин дозволяє з однієї бурової виш­ки проходити до 10-12 свердловин (кущове буріння), що здешевшує бурові роботи.

Для одержання нафти, що залягає під морським дном, буріння свердловин здійснюють і у відкритому морі зі штучно споруджених платформ. На них розташовують не тільки бурові вишки, але й упоряджені селища нафтовиків. Такі острівці створені, наприклад, на Каспійському морі в районі Баку (Азербайджан).

На буріння свердловин витрачається значна частина капітало­вкладень у нафтову промисловість. Зниження собівартості нафти потребує насамперед зниження витрат на проходження свердловин. Головним шляхом здешевлення бурових робіт є зменшення діаметра свердловин. До останнього часу діаметр свердловин зазвичай досягав 25-35 см, а зараз бурять і свердловини діаметром 15-18 см. Буріння свердловин зменшеного діаметра дає великий економічний ефект; потужність бурової установки знижується приблизно в 1,5 рази; скорочується витрата труб, цементу, глинистого порошку, реагентів і т. ін. Удвічі зменшується вага бурової установки, що дає економію металу і полегшує транспортування цих установок. Все це сприяє прискоренню як розвідницького, так і експлуатаційного буріння, прискореному розвитку видобутку нафти і зниженню її собівартості.