Горизонтальные скважины значительно увеличивают объем вовлека­ емых в разработку геологических запасов нефти. По всем месторождени­ ям СШ А прирост нефтяных запасов за счет горизонтального бурения со­ ставил в среднем 8,7% (или около 320 млн т.), по залежам Канады—9,5% (около 100 млн т), по месторождениям Саудовской Аравии — 5...10% (1,7...3,5 млрд т). В России (1995 г., Татария) средний дебит горизонталь­ ных скважин в 2,4 раза больше дебита ближайших вертикальных скважин.

6.9. Сверхглубокие скважины

Первая американская нефтяная скважина дала нефть с глу­ бины около 20 м. В России первые нефтяные скважины имели глубину менее 100 м. Очень быстро их глубина достигла нескольких сот метров. К концу 60-х годов в СССР средняя глубина скважин для добычи нефти и газа составляла 1710 м. Самая глубокая нефтяная залежь в нашей стра­ не открыта в районе г. Грозного на глубине 5300 м, а промышленный газ получен в Прикаспийской внадиие с глубины 5370 м.

Самый глубокозалегающий в Европе газоносный пласт на месторож­ дении Магосса (Северная Италия) залегает на глубине 6100 м. Самая большая глубина в мире, с которой ведется промышленная добыча газа,— 7460 м (шт. Техас, США).

Общая тенденция добычи нефти и газа со все более глубокозалегающих горизонтов может быть проиллюстрирована следующими цифрами. Еще 20 лет назад основная добыча нефти (66% ) осуществлялась из самых молодых, кайнозойских, пород. Из более древних, мезозойских, пород до­ бывали 19 % нефти, а из самых древних, палеозойских, —15 %. Сейчас си­ туация изменилась: основными поставщиками нефти стали мезозойские породы, на втором месте—породы палеозоя.

Таким образом, одной из задач бурения сверхглубоких скважин яв­ ляется поиск нефтегазоносных горизонтов на больших глубинах. Только сверхглубокое бурение может поставить окончательную точку в споре между сторонниками органической и неорганической гипотез происхож­ дения нефти. Наконец, сверхглубокое бурение необходимо для более де­ тального изучения земных недр. Ведь сегодня мы знаем о далеком космо­ се во много раз больше, чем о том, что находится под нами в нескольких десятках километров.

Бурение сверхглубоких скважин связано с большими трудностя­ ми. С глубиной растет давление и температура. Так, на глубине 7000 м даже гидростатическое давление равно 70 МПа, 8000 м —80 МПа и т. д.

А в пласте оно может быть в два раза больше. Как удержать в «бутыл­ ке» этого «джина»? Требуются высоконапорные насосы для подачи про­ мывочной жидкости. Что собой должна представлять эта жидкость, если температура на забое скважин достигает 250 “С? Чем вращать многокило­ метровую колонну бурильных труб? Как вообще применять бурильные трубы, если стальные трубы выдерживают свой вес до глубины 10 км?

На часть поставленных вопросов ответы уже найдены. Для бурения сверхглубоких скважин используют утяжеленную промывочную ж ид­ кость, чтобы она «закупоривала» скважину собственным весом. Бурят сверхглубокие скважины с помощью забойных двигателей, а бурильные трубы делают из легкого и прочного алюминиевого сплава.

Эпоха глубокого бурения началась в 1961 г. реализацией американ­ ского проекта «Мохол». Скважину заложили на дне Тихого океана вбли­ зи острова Гуаделупе под четырехкилометровым слоем воды. П редпола­ галось, что скважина, пройдя 150 м рыхлых донных пород и 5,5 км твер­ дых нижележащих, погрузится в мантию—следующий после коры слой нашей планеты. Однако бурение остановилось после первых ж е 36 мет­ ров. Причина заключалась в том, что после извлечения первого керна ус­ тье уже начатой скважины отыскать не смогли, несмотря на применение самых современных средств поиска.

В1968 г. со специально оборудованного бурового судна (рис. 6.28) была предпринята вторая атака на мантию. Однако в 1975 г., когда были вскрыты верхние базальтовые слои океанского дна, бурение прекратили из-за технических сложностей.

Вдальнейшем бурение сверхглубоких скважин осущ ествлялось на суше. В 1970 г. была пробурена скважина 1-СЛ-5407 в штате Л уизиана глубиной 7803 м.

Наглядное представление о современной сверхглубокой скважине

иее оборудовании можно получить на примере одной из самых глубо­ ких в мире скважин—1-Бейден, пробуренной в штате Оклахома. Глубина скважины 9159 м. Бурение началось в 1970 г. и продолжалось 1,5 года. Высота буровой вышки—43,3 м, грузоподъемность—908 т. М ощ ность бу­ ровой лебедки 2000 кВт, а каждого из двух буровых насосов — 1000 кВт. Общая емкость наземной циркуляционной системы для глинистого рас­ твора—840 м3. Устье скважины оборудовано противовыбросовой армату­ рой, рассчитанной на давление 105,5 МПа.

Конструктивно скважина состоит из шахтного направления диамет­ ром 0,9 м до глубины 18 м, кондуктора диаметром 0,5 м до глубины 1466 м, обсадных труб до глубины 7130 м и эксплуатационных колонн. Всего на скважину было израсходовано около 2200 т стальных обсадных труб, 1705 т цемента и 150 алмазных долот. Полная стоимость проводки скважины со­ ставила 6 млн долларов.

Рис. 6.28. Общий вид бурового судна: 1—корпус; 2 —грузовой кран;

3 —вертолетная площадка; 4—буровая вышка

В СССР на начало 1975 г. было десять скважин, глубина которых пре­ высила 6 км. К ним относятся Арал-Сорская в Прикаспийской низмен­ ности глубиной 6,8 км, Биикжальская в Азербайджане глубиной 6,7 км, Синевидная (7,0 км) и Шевченковская (7,52 км) в Западной Украине, Бурунная (7,5 км) на Северном Кавказе и др.

Самой глубокой в мире является Кольская скважина, которая пере­ шагнула рубеж 12 км. Бурение было начато в 1970 г. Вскрытые скважиной породы имеют возраст до 3 млрд лет. Для бурения использована установка, построенная на Уралмаше и имеющая грузоподъемность 4000 кН.

В ходе бурения получены достоверные данные о физическом состоя­ нии, свойствах и составе горных пород, относящихся к археозойской и протерозойской эрам.

Долгое время было распространено мнение о плохих коллекторских свойствах пород на больших глубинах, о неблагоприятных термодинами­ ческих условиях, которые якобы приводят к деструкции нефти, а также о низкой эффективности глубокого бурения. Практика сооружения сверх­

глубоких скважин в нашей стране и за рубежом этих взглядов не подтверж­ дает. Так, в СШ А (Техас) пористость известняков на глубине 3 км состав­ ляет 8,5%, а на глубине 6 км —18%. Объясняется это тем, что на больших глубинах подземные воды более интенсивно растворяют известняки.

С увеличением глубины значительно возрастает доля трещиноватых коллекторов, хотя, казалось бы, должно быть наоборот. Как сенсацию гео­ логи восприняли сообщение о том, что в одной из сверхглубоких скважин, пробуренной в очень плотных магматических породах, на глубине 6350 м был открыт целый родник сильно соленой воды. Объяснили данное явле­ ние так: с глубиной растет горное давление, под действием которого даже сверхтвердые породы трескаются и приобретают свойства коллекторов.

Не подтверждаются опасения скептиков и в отношении деструкции нефти. Месторождения «черного золота» обнаружены на глубинах около 5 км (например, в Волгоградской области и Чечне). А на ряде месторож ­ дений Азербайджана (Брагуны, Сангачалы-море, Эльдарово) с глубин более 4 км ежесуточно добывается свыше 20 000 т нефти.

Оказалось, что при сверхглубоком бурении успешность открытия новых нефтяных и газовых месторождений в 1,5...2 раза выше, чем при бурении на относительно небольших глубинах. Объясняют это тем, что сверхглубокие скважины бурили на уже известных месторождениях неф ­ ти и газа, многие из которых являются многопластовыми.

Наконец, установлено, что на больших глубинах встречаются более мощные залежи углеводородов, с большими запасами.

Совокупность этих фактов работает на «магматическую» теорию происхождения нефти и газа.

6.10. Бурение скважин на море

В настоящее время на долю нефти, добытой из морских мес­ торождений, приходится около 30% всей мировой продукции, а газа— еще больше. Как люди добираются до этого богатства?

Самое простое решение—на мелководье забивают сваи, на них уста­ навливают платформу, а на ней уже размещают буровую вышку и необхо­ димое оборудование.

Другой способ—«продлить» берег, засыпав мелководье грунтом. Так, в 1926 г. была засыпана Биби-Эйбатская бухта в районе Баку и на ее мес­ те создан нефтяной промысел.

После того как более полувека назад в Северном море были обнару­ жены большие залежи нефти и газа, родился смелый проект его осуш е­

ния. Дело в том, что средняя глубина большей части Северного моря едва превышает 70 м, а отдельные участки дна покрыты всего лишь сорока­ метровым слоем воды. Поэтому авторы проекта считали целесообразным с помощью двух дам б—через пролив Ла-Манш в районе Дувра, а также между Данией и Ш отландией (длина более 700 км )—отсечь огромный участок Северного моря и откачать оттуда воду. К счастью, этот проект остался только на бумаге.

В1949 г. в Каспийском море в 40 км от берега была пробурена первая

вСССР нефтяная скважина в открытом море. Так началось создание го­ рода на стальных сваях, названного Нефтяные Камни. Однако сооруже­ ние эстакад, уходящих на многие километры от берега, стоит очень доро­ го. Кроме того, их строительство возможно только на мелководье.

При бурении нефтяных и газовых скважин в глубоководных райо­ нах морей и океанов использовать стационарные платформы технически сложно и экономически невыгодно. Для этого случая созданы плавучие буровые установки, способные самостоятельно или с помощью буксиров менять районы бурения.

Различают самоподъемные буровые платформы, полупогружные бу­ ровые платформы и буровые платформы гравитационного типа.

Самоподъемная буровая платформа (рис. 6.29) представляет собой плавучий понтон 1 с вырезом, над которым расположена буровая вышка. Понтон имеет трех-, четырехили многоугольную форму. На ней разме­ щаются буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная рубка с каютами для экипажа и рабочих, электростанция и склады. По углам платформы установлены многометровые колонны-опоры 2.

Вточке бурения с помощью гидравлических домкратов колонны опускаются, достигают дна, опираются на грунт и заглубляются в него, а платформа поднимается над поверхностью воды. После окончания бу­ рения в одном месте платформу переводят в другое.

Надежность установки самоподъемных буровых платформ зависит от прочности грунта, образующего дно в месте бурения.

Полупогружные буровые платформы (рис. 6.30) применяют при глубинах 300...600 м, где неприменимы самоподъемные платформы. Они не опираются на морское дно, а плавают над местом бурения на огром­ ных понтонах. От перемещений такие платформы удерживаются якоря­ ми массой 15 т и более. Стальные канаты связывают их с автоматически­ ми лебедками, ограничивающими горизонтальные смещения относитель­ но точки бурения.

Первые полупогружные платформы были несамоходными, и их до­ ставляли в район работ с помощью буксиров. Впоследствии платфор­ мы были оборудованы гребными винтами с приводом от электромоторов суммарной мощностью 4,5 тыс. кВт.

Недостатком полупогружных платформ является возможность их пе­ ремещения относительно точки бурения под воздействием волн.

Более устойчивыми являются буровые платформы гравитационного типа. Они снабжены мощным бетонным основанием, опирающимся на морское дно. В этом основании размещаются не только направляющие колонны для бурения, но также ячейки-резервуары для хранения добы­ той нефти и дизельного топлива, используемого в качестве энергоноси­ теля, многочисленные трубопроводы. Элементы основания доставляют­ ся к месту монтажа в виде крупных блоков.

М орское дно в месте установки гравитационных платформ должно быть тщательно подготовлено. Даже небольшой уклон дна грозит превра­ тить буровую в Пизанскую башню, а наличие выступов на дне может вы­ звать раскол основания. Поэтому перед постановкой буровой «на точку» все выступающие камни убирают, а трещины и впадины на дне заделыва­ ют бетоном.

Все типы буровых платформ должны выдерживать напор волн высо­ той до 30 м, хотя такие волны и встречаются раз в 100 лет.

В настоящее время морская добыча нефти ведется в акватори­ ях 35 стран на 700 морских месторождениях, из которых 160 находятся в Северном море, 150—на шельфе Западной Африки, 115—в Юго-Восточ­ ной Азии. Общемировой парк морских буровых платформ насчитывает ( “World O il”, 1998 г.) более 600 единиц, в том числе самоподъемных—364, полупогружных—165, буровых судов и барж—более 80.

Перспективы развития морского бурения в России связаны с осво­ ением нефтяных и газовых месторождений шельфа северных и дальне­ восточных морей.