Методы и технологии бурения

Бурением называют направленный процесс разрушения горных пород с применением специализированного оборудования. Разработка данной технологии связана с добычей вод. Дальнейшее ее развитие и появление новых методов обусловлены добычей углеводородного сырья. К настоящему времени разработано несколько видов бурения и множество вариантов оборудования, применяемого в зависимости от целей работ. Большинство из них основано на механическом воздействии на горные породы, однако встречаются и другие варианты.

Цели

Бурение применяется для создания скважин. Это цилиндрические горные выработки со значительно превосходящей диаметр длиной. Их используют для добычи жидких полезных ископаемых, таких как вода и углеводороды, и прочих целей.

На основе этого разработана классификация скважин по назначению:

  • структурно-поисковые (служат для установления тектоники, литологии, стратиграфии и оценки продуктивности);
  • разведочные (используются для выявления залежей и оконтуривания разрабатываемых пластов);
  • добывающие (эксплуатационные) (применяются для извлечения ресурсов из недр и включают 4 подтипа);
    • нагнетательные (служат для закачки в пласты пара, воды или газа с целью повышения эффективности добычи либо продления возможности применения фонтанного метода добычи путем поддержания пластового давления);
    • опережающие добывающие (рассчитаны на уточнение строения продуктивного пласта одновременно с добычей ресурсов);
    • оценочные (используются для выяснения изначальной и остаточной насыщенности пласта и прочих исследований);
    • контрольные и наблюдательные (служат для наблюдения за изменением разрабатываемого пласта с ходом добычи ресурсов, включая такие параметры, как продвижение пластовых вод и насыщенность);
  • опорные (предназначены для исследования геологического строения крупных регионов с целью выявления общих закономерностей залегания горных пород и установления возможности присутствия месторождений).


Таким образом, скважины служат как для добычи и разведки ресурсов, так и для целей мониторинга.

Развитие бурения

Изначально бурение использовалось для добычи воды, а также соляных растворов. Первые скважины появились в Китае в III-IV столетии до н. э. Их глубина достигала 900 м, а диаметр 12-15 см. Это позволяло уже тогда получать доступ к нефти и газу. Они описаны в работах Конфуция 600 г. до н. э. Так, газ в те времена применялся для выпаривания соли. Судя по барельефам, вышивкам и картинам, бурение осуществлялось ударно-канатным способом, известным уже более 2 тыс. лет. В России первые скважины появились в IX в. В те времена использовали деревянное буровое оборудование. В 1126 г. после создания первой во Франции скважины с напорной водой их стали именовать артезианскими.

Дальнейшее развитие бурения во-многом связано с добычей углеводородов. Изначально она осуществлялась из колодцев. Это продолжалось до середины XIX в. Тогда все еще сохранял актуальность ударно-канатный метод бурения. Совершенствование данной технологии к тому времени позволяло достигать глубины до 200 м. Первая нефтяная скважина была создана в 1859 г. в США. В России первые такие выработки появились в 1860 гг. К концу столетия (в 1897 г.) начали бурение на океаническом дне.
В 1886 г. появился вращательно-роторный способ, получивший обширное распространение. В 1899 г. был разработан электрический бур. Его массовое применение началось в 1940 гг. после модернизации конструкции. Таким образом, с конца XIX столетия началось вытеснение ударно-канатного метода вращательным.

С 30-40 гг. началось массовое применение при бурении углеводородных скважин комплекса реагентов. Они служат для повышения надежности и эффективности оборудования и снижения затрат на бурение.

К тому же с середины XX в. происходило интенсивное развитие морского бурения и создание соответствующего оборудования.
К 30 гг. прошедшего века максимальная глубина скважин достигла 3 км, а к 50 гг. – 7 км.

Одной из основных проблем бурения до недавнего прошлого было отсутствие данных о расположении пластов. Ее решили только за 2 десятилетия до конца XX в. путем введения в процесс бурения телеметрической системы наблюдений.

В текущем веке началось интенсивное освоение шельфа, разработка сланцев, появился метод гидравлического разрыва пластов.
Современное оборудование для создания скважин представляет собой сложные агрегаты, включающие комплекс механизмов и называемые буровыми установками. Обычно их размещают на мобильных платформах для упрощения доставки.

Методы

Выше были упомянуты лишь основные технологии бурения и виды оборудования. К настоящему времени разработано множество механизмов и их вариантов. К тому же применяются комбинированные методы. Выделяют следующие технологии бурения, определяемые применяемым оборудованием:

  • вращательный;
    • роторный;
    • турбинный;
    • объемный;
    • электробуром;
    • алмазный;
    • твердосплавный;
    • дробовой;
  • ударный;
    • ударно-канатный;
    • ударно-штанговый;
    • ударно-вращательный;
    • гидроударный;
  • вибрационный;
  • гидродинамический;
  • термический;
  • электрофизический;
  • взрывоударный;
  • химический;
  • с промывкой;
  • с продувкой.

Таким образом, большинство технологий предполагает механическое воздействие на породы. К таким методам относятся вращательный, ударный и их подвиды, а также вибрационный, гидродинамический, с промывкой и с продувкой. Отельные технологии основаны на термическом, электрическом и химическом воздействии.

К тому же из приведенной классификации видно, что большинство методов предполагает передачу влияния на породы посредством специализированного оборудования, однако в отдельных методах работу выполняют жидкость, газ, высокие температуры, электричество, химически активные и взрывчатые вещества.

По плоскости расположения скважины бурение подразделяют на 3 типа:

  • вертикальное;
  • наклонно-направленное;
  • горизонтальное.

В настоящее время применение методов бурения определяется типом работ. Так, для водоснабжения используют обычно шнековую и роторную технологии.

Технологии бурения

Технологии бурения

За историю бурения скважин разработано множество методов. Большинство технологий предполагает механическое воздействие на породы. Отельные методы основаны на других видах воздействия. К тому же чаще всего передача влияния на породы осуществляется посредством специализированного оборудования, однако в отдельных методах работу выполняют естественные аг