Бурение нефтяных скважин существует уже более века. Но из-за многочисленных разработок в области технологий за это время она росла как на дрожжах. И этот рост добычи нефти также сыграл важную роль в изменении облика цивилизации.
В 1859 году Эдвин Дрейк выкопал первую нефтяную скважину в Титусвилле, штат Пенсильвания. В то время нефть использовалась в основном для производства керосина для освещения. Но развитие автомобильной промышленности вскоре привело к появлению нового рынка нефти и стимулировало рост добычи - со 150 миллионов баррелей, произведенных во всем мире в 1900 году, до более одного миллиарда баррелей в 1925 году.
Одним из первых изобретений, направленных на улучшение бурения нефтяных скважин, былавращательная дрель, впервые использованная в 1880-х годах. При этом использовалось вращающееся буровое долото для заглубления в землю (в отличие от метода бурения Дрейка с тросовым инструментом, при котором буровое долото поднималось и опускалось в скважину). Для получения дополнительной информации о роторном бурении, а также обзора процесса бурения нефтяных скважин, взгляните на «Как работает бурение нефтяных скважин».
Но буровая установка была только началом в длинной череде драматических достижений, которые разовьются в 20-м веке. Некоторые из наиболее примечательных из них, которые мы обсудим, помогли повысить эффективность добычи нефти и упростить ее поиск.
5: Морское бурение и ROV
Нефтяные бурильщики быстро заметили, что скважины у берега часто дают больше всего нефти. Было очевидно, что поиск способов добычи нефти из-под морского дна принесет прибыль. Еще в 1880-х годах бурильщики устанавливали буровые установки на пристанях. Но только в 1947 году нефтяная компания построила первую настоящую нефтяную скважину вне суши.
С тех пор и после долгого политического спора в Соединенных Штатах о том, кто имеет право арендовать морские участки для целей бурения, индустрия морского нефтяного бурения набрала обороты. Одной из технологий, стимулировавших развитие морского бурения, былидистанционно управляемые аппараты, илиROV, которые военные уже использовали для поиска потерянного оборудования под водой.. Поскольку погружение на большую глубину опасно, в 1970-х годах нефтяная промышленность адаптировала ROVS для бурения.
Управляемый с буровой установки над поверхностью воды ROV представляет собой роботизированное устройство, которое позволяет операторам видеть под водой. Некоторые типы позволяют оператору заставить роботизированные манипуляторы ROV выполнять различные функции, такие как подводные врезки и глубоководные установки на глубине до 10 000 футов (3 048 метров).
4: ГРП
Разработанный в 1940-х годах процессгидравлического разрыва пласта становится все более важным в бурении нефтяных скважин. Это удобно для «плотных» коллекторов, где породы, содержащие нефть, не имеют крупных пор. Это означает, что приток нефти из породы слабый, и бурение простой скважины в породе не даст большого количества нефти.
Чтобы стимулировать скважину и вытеснить захваченную нефть, бурильщики применяют гидроразрыв пласта. В этом процессе они закачивают в скважину воду в сочетании с химическими веществами под давлением, достаточным для образования трещин в горных породах - трещин, которые могут простираться на сотни футов в длину. Чтобы предотвратить повторное смыкание трещин, бурильщики посылают внизпроппант, который представляет собой смесь жидкостей, песка и гранул. Эти трещины позволяют нефти более свободно вытекать из породы.
По данным Американского института нефти, только в Соединенных Штатах гидроразрыв пласта помог выкачать из-под земли дополнительно 7 миллиардов баррелей нефти.
3: Сейсмическая визуализация
Поначалу поиск хорошего места для добычи нефти зависел от того, где она выплеснулась на поверхность. Но поскольку нефтяные резервуары могут находиться глубоко в земле, это не всегда очевидно с поверхности. А поскольку установка буровой установки и выкапывание глубокого колодца обходится дорого, компании не любят тратить свое время и деньги на непродуктивные действия. В конце концов, геологи были привлечены, чтобы выяснить, где может находиться нефть, изучая поверхностные скальные образования, магнитные поля и даже небольшие колебания силы тяжести..
Одним из самых важных нововведений в разведке нефти стала трехмерная сейсмическая визуализация. Это основано на идее, что звук отражается и проходит через разные материалы немного по-разному. В этом процессе источник энергии, такой как вибромашина, посылает звуковые волны глубоко в землю. На поверхности располагаются специальные устройства, называемые геофонами, которые принимают звуки, которые отражаются обратно и отправляют информацию на самописцы.
Инженеры и геофизики изучают записанные звуковые волны (в виде волнистых линий), чтобы понять, какие слои горных пород лежат в этом месте. Таким образом, они могут создавать трехмерные изображения того, что находится под поверхностью (четырехмерные изображения также учитывают течение времени). Хотя эта передовая технология помогает сократить количество пробуриваемых скважин и повышает продуктивность скважин, она не является надежной: инженерам повезло, если они могут точно предсказать расположение нефтяных резервуаров в половине случаев.
2: Системы измерения во время бурения
Как мы только что видели, даже с современными передовыми технологиями сейсмической визуализации буровикам трудно точно знать, с чем они столкнутся при копании нефтяной скважины. И до 1980-х годов также было трудно узнать подробности о том, что происходит с буровым долотом во время рытья ямы. Эта проблема была преодолена с помощью технологииизмерения во время бурения(MWD).
MWD позволяет операторам в режиме реального времени получать информацию о статусе бурения, а также возможность направлять скважину в другие направления. Он связывает такую информацию, как гамма-лучи, температура и давление, а также плотность и магнитный резонанс горных пород. Это выполняет множество функций. Это помогает операторам бурить более эффективно, предотвращая выбросы и отказы инструмента. Это также помогает операторам показать, что они не бурят в несанкционированных зонах.
Что, пожалуй, самое удивительное, так это то, как эта информация передается на поверхность. Поскольку нецелесообразно протягивать провод или кабель вниз по скважине от поверхности к буровому долоту, MWD вместо этого полагается на mимпульсную телеметрию Буровой раствор, который направляется в скважину. скважины для обратного переноса обломков (через внешнюю колонну скважины) обеспечивает удобный акустический канал для отправки импульсов бурового раствора вверх в двоичном коде, который расшифровывается на поверхности.
1: Горизонтальное бурение
Одним из упомянутых выше преимуществ MWD является то, что он помогает оператору направлять бур в разных направлениях. Возможность направлять бур не прямо вниз, а в другом направлении стала одним из самых значительных достижений в истории бурения нефтяных скважин.
Поскольку многие нефтяные пласты расположены горизонтально, вертикальные скважины не могут эффективно извлекать из них нефть.горизонтальная скважинасначала бурится глубоко вертикально, но затем меняет направление (в так называемойточке начала бурения), прежде чем встретится с водохранилище (вточке входа) и проходит через него горизонтально. Но преимущества горизонтального бурения не ограничиваются увеличением продуктивности скважин. Это также позволяет безопасно копать колодцы на экологически чувствительных и охраняемых землях.
Хотя первая горизонтальная скважина была пробурена еще в 1929 году, она стоила дорого, а развитие технологии ГРП вскоре повысило продуктивность вертикальных скважин. Однако такие достижения, как MWD и узлы управляемых двигателей, сделали горизонтальное бурение более жизнеспособным вариантом к 1980-м годам.