Свердловина передбачає можливості безпосереднього доступу людини всередину неї.
У вертикальній будові свердловини розрізняють початок (устя), стовбур та кінець (забій). Свердловини споруджуються шляхом послідовного буріння гірських порід, видалення розбуреного матеріалу та зміцнення стінок свердловини від руйнування (за потреби залежить від характеру порід). Для буріння застосовуються бурові верстати, бурові долота та інші механізми.
Видобуток вуглеводнів через нафтову свердловину може здійснюватися шляхом фонтанування (за наявності надлишкового тиску в нафтових пластах), за допомогою насосів шляхом штучного створення зниженого тиску в свердловині, забезпечуючи тим самим приплив нафти до забою.
Історія
Перше у світі буріння свердловини з метою нафтовидобутку проведено в 1846 році на пропозицію члена Головного управління Закавказьким краєм Василя Миколайовича Семенова (1801-1863 рр.) в селищі Бібі-Ейбат поблизу Баку, що входив тоді в Російську імперію. Глибина свердловини склала 21 м. Робота була здійснена під керівництвом директора Бакинських нафтових промислів, Корпусу гірничих інженерів – майора Алексєєва, свердловина була розвідувальною. В 1864 перша в Росії експлуатаційна свердловина була пробурена на Кубані, в селі Київському, в долині річки Кудако.
Першу американську нафту з свердловини глибиною 15 м отримав інженер Вільямс в 1857 році в Енніскіллен.
Однак найчастіше вважають, що першу нафту з промислової свердловини отримав американець Едвін Дрейк 27 серпня 1859 року.
Перші похило спрямовані свердловини мали криволінійну траєкторію: від поверхні буріння ведеться спочатку вертикально вниз, а потім набирається кут нахилу для приведення до заданого напрямку. Прямолінійнапохила нафтовидобувна свердловина вперше була пробурена на Старих промислах Грознефти в 1949 (розробка інженера Бузінова М. М.)
На основі похилого буріння було розроблено метод кущового буріння, при якому з одного кущового майданчика розходиться «кущ» в 10-12 похилих свердловин, що охоплюють велику нафтоносну площу. Цей метод дозволяє проводити бурові роботи на великих глибинах - до 6000 метрів.
Див. також
Напишіть відгук про статтю "Нафтова свердловина"
Примітки
Посилання
- Мир-Бабаєв М.Ф. Коротка історія азербайджанської нафти. - Баку, Азернешр, 2007
- Mir-Babayev M.F. The role of Azerbaijan in the World's oil industry – “Oil-Industry History” (USA), 2011, v. 12, no. 1, p. 109-123
| Нафтова крапля | Це незавершена стаття про нафту і газ . Ви можете допомогти проекту, доповнивши її. |
Уривок, що характеризує Нафтова свердловина
І ось, через коротку мить, перед нашими широко розкритими від подиву очима розгорнулося справжнє Пекло... Бачення нагадувало картини Боша (або Боска, залежно від того, якою мовою перекладати), «божевільного» художника, який потряс якось своїм мистецтвом весь світ... Божевільним він, звичайно ж, не був, а був просто бачить, який чомусь міг бачити лише нижній Астрал. Але треба віддати йому належне - зображував він його чудово... Я бачила його картини в книзі, яка була в бібліотеці мого тата, і досі пам'ятала те моторошне відчуття, яке несли в собі більшість його картин...– Жах який!.. – прошепотіла приголомшена Стелла.
Можна, напевно, було б сказати, що ми бачили тут, на «поверхах», уже багато чого... Але такого навіть ми не в змозі були уявити в найжахливішому нашому кошмарі!.. За «чорною скелею» відкрилося щось зовсім немислиме... Це було схоже на величезний, вибитий у скелі, плоский «котел», на дні якого бульбашилася багряна «лава»... Розпечене повітря «лопалося» всюди дивними червоними пухирями, що спалахували, з яких виривалася пара, що обпалює, і великими краплями падала. на землю, або на людей, які в той момент потрапили під нього... Лунали несамовиті крики, але тут же замовкали, бо на спинах тих же людей сиділи огидні тварюки, які з задоволеним виглядом «керували» своїми жертвами, не звертаючи жодної уваги на їхні страждання... Під оголеними ступнями людей червоніло розпечене каміння, пузирилось і «плавилося» пишна жаром багряна земля... Крізь величезні тріщини проривалися виплески гарячої пари і, обпалюючи ступні людським сутностям, що ридали від болю, неслися в височінь, і неслися у вись, і ... А по самій середині «котловану» протікала яскраво червона, широка вогненна річка, в яку, час від часу, ті ж огидні монстри несподівано жбурляли ту чи іншу змучену сутність, яка, падаючи, викликала лише короткий сплеск помаранчевих іскор, і тут ж, перетворившись на мить у пухнасту білу хмарку, зникала... вже назавжди... Це було справжнє Пекло, і нам зі Стеллою захотілося якнайшвидше звідти «зникнути»...
– Що робитимемо?.. – у тихому жаху прошепотіла Стелла. - Ти хочеш туди спускатись? Хіба ми можемо їм чимось допомогти? Подивися, як їх багато!
Ми стояли на чорно-бурому, висушеному жаром обриві, спостерігаючи простирається внизу, залите жахом «місиво» болю, безвиході, і насильства, і відчували себе настільки по-дитячому безсилими, що навіть моя войовнича Стелла цього разу безапеляційно склала і готова була за першим покликом помчатися на свій, такий рідний і надійний, верхній «поверх»...
І тут я згадала, що Марія начебто говорила з цими, так жорстоко долею (чи ними самими) покараними людьми...
– Скажи, будь ласка, а як ти туди спустилася? – спантеличено запитала я.
- Мене Дін відніс, - як зрозуміло, спокійно відповіла Марія.
- Що ж таке страшне ці бідолахи наробили, що потрапили до такого пекла? - Запитала я.
- Думаю, це стосується не настільки їхніх провин, скільки того, що вони були дуже сильні і мали багато енергії, а цим монстрам саме це і потрібно, оскільки вони харчуються цими нещасними людьми, - дуже по-дорослому пояснила малеча.
– Що?!.. – мало не підстрибнули ми. – Виходить – вони їх просто «їдять»?
– На жаль – так… Коли ми пішли туди, я бачила… З цих бідних людей випливав чистий сріблястий потік і прямо заповнював чудовиська, що сидять у них на спині. А ті одразу ж оживали та ставали дуже задоволеними. Деякі людські сутності після цього майже не могли йти... Це так страшно... І нічим не можна допомогти... Дін каже, їх занадто багато навіть для нього.
- Та вже... Навряд ми можемо щось зробити теж... - сумно прошепотіла Стелла.
Було дуже важко просто повернутися і піти. Але ми чудово розуміли, що на Наразіми зовсім безсилі, а просто так спостерігати таке страшне «видовище» нікому не приносило жодного задоволення. Тому, ще раз глянувши на це жахливе Пекло, ми дружно повернули в інший бік... Не можу сказати, що моя людська гордість не була вражена, тому що програвати я ніколи не любила. Але я вже давно навчилася приймати реальність такою, якою вона була, і не нарікати на свою безпорадність, якщо допомогти в якійсь ситуації мені було поки що не під силу.
- А можна запитати вас, куди ви зараз прямуєте, дівчатка? - Запитала похмура Марія.
Батьківщина російської нафти.
До 1861року нафтовий промисел на Кубані був обмежений «винятковим правом війська на експлуатацію нафтових колодязів». Але все змінилося у другій половині ХІХ століття. Першим, хто вклав свої гроші у видобуток нафти, став відставний полковник А. Н. Новосільцев.
Місцем розробки нафтових родовищ Новосильцев обирає Темрюкський повіт. З 1864 року він разом із поданими Сполучених штатів Америки Шандаром і Гріном Клеєм розпочинає розвідувальні роботи на Таманському півострові біля станиць Новотитарівської та Вишестебліївської, а також у долині річки Кудако та Псиф. Ці американські інженери були людьми самого Рокфеллера.
У першому випадку два роки робіт результату не дали, а на них було витрачено понад 200 тисяч рублів. Сума навіть на ті часи не маленька, причому у своїх листах друзям Ардаліон Миколайович скаржиться на те, що американці погано працюють всіляко затягують процес, скаржаться на те, що умови в Росії невідповідні.
Це чорт знає що, - сумно вигукував гірський інженер М. М. Юшкін, - ці американці тільки й знають, як навмисне гальмувати розвідку покладів, приховувати результати своїх геологічних досліджень, перекручувати дані лабораторних аналізів. Бачить бог - це не що інше, як свідомий обман російської громадської думки.
Про це ж говорив у своїх статтях та інший російський гірничий інженер Гілев: американці були зацікавлені лише в одному - переконати росіян у безплідності нових геологічних досліджень на Кубані.
Новосильцев розриває договір з американцями і запрошує працювати російських фахівців, роблячи ставку на долину рік Псиф, Кудако і Псебепс.
3 лютого 1866року стало чудовим днем. Уповноважений Новосильцева Володимир Петерс повідомив командиру Адагумського полку: «Повідомляю, що в останню поїздку мою в урочище Кудако після неймовірних зусиль 3 лютого пробитий, був камінь, і з незвичайним шумом відкрився струмінь чистої нафти, що дає без допомоги локомобіля одних труб від 1500 до 2000 цебер кожні 24 години. Доводжу про це до Вашого відома, для донесення кому слід».
Це був перший у Росії нафтовий фонтан.Він привернув увагу вітчизняної преси, яка з великими подробицями описувала чудо природи. Газета «Російський інвалід» (№ 59) опублікувала замітку про цю подію. А дипломатичними каналами надходили запити про постановку нафтової справи на Кубані.
В наш чассвердловина вже не діє, але на її місці на честь тих подій побудовано стилізовану вежу, в середині якої встановлено пам'ятник.
Все було б добре, якщо не повна неувага до настільки історичному місцюяк місцевої влади, і наших нафтових гігантів, зобов'язаних А. М. Новосильцеву початком розвитку нафтової галузі Росії.
Це місце навіть не включено до переліку визначних пам'яток краю, не кажучи вже про те, щоби підтримати ідею створення меморіально-історичного комплексу.
Вишка виглядає ще відносно гідно, а от пам'ятник із "полум'яними" написами на табличках руйнується і буквально розсипається на очах.
Використана інформація із сайту:
http://kudako.ru/
: Коротка історія розвитку буріння
1. Коротка історія розвитку буріння
На підставі археологічних знахідок та досліджень встановлено, що первісна людинаблизько 25 тис. років тому при виготовленні різних інструментів свердлив у них отвори для прикріплення рукояток. Робочим інструментом у своїй служив крем'яний бур.
У Стародавньому Єгиптіобертальне буріння (свердління) застосовувалося під час будівництва пірамід близько 6000 років тому.
Перші повідомлення про китайські свердловинахдля видобутку води та соляних розсолів містяться у роботах філософа Конфуція, написаних близько 600 р. до н.е. Свердловини споруджувалися методом ударного буріння і досягали глибини 900 м. Це свідчить про те, що до цього техніка буріння розвивалася протягом принаймні ще кількох сотень років.
Іноді під час буріння китайці натикалися на нафту та газ. Так було в 221...263 гг. н.е. у Сичуані із свердловин глибиною близько 240 м видобували газ, який використовувався для випарювання солі. Документальних свідчень про техніку буріння у Китаї мало. Однак, судячи з давньоїкитайського живопису
, барельєфам, гобеленам, панно та вишивкам на шовку, ця техніка знаходилася на досить високій стадії розвитку.
Буріння перших свердловин у Росії відноситься до IX століття і пов'язане зі здобиччю розчинів кухонної солі в районі м. Стара Русса. Соляний промисел отримав великий розвиток у XV..XVII ст., про що свідчать виявлені сліди свердловин на околицях м. Солікамська. Їхня глибина досягала 100 м при початковому діаметрі свердловин до 1 м. Стінки свердловин часто обвалювалися. Тому для їхнього кріплення використовувалися або порожнисті стовбури дерев або труби, сплетені з вербової кори. Наприкінці ХІХ ст. стінки свердловин стали кріпити металевими трубами. Їх гнули з листового заліза та склепували. При поглибленні свердловини труби просували за буровим інструментом (долотом);Конструкція їх згодом була вдосконалена: замість клепаних вони стали цільнотягнутими з різьбленням на кінцях.
Перша свердловина в США була пробурена для видобутку соляного розчину поблизу р. Чарлстона в Західній Вірджинії в 1806 р. Подальші пошуки розсолів в 1826 р. поблизу р. Бернсвілл в шт. Кентуккі випадково знайшли нафту.
Перші згадки про застосування буріння для пошуків нафти відносяться до 30 років XIX століття. На Тамані, перш ніж рити нафтові колодязі, робили попередню розвідку буравом. Очевидець залишив наступний опис: «Коли припускають викопати в новому місці колодязь, то спочатку пробують буравом землю, вдавлюючи той і підливаючи трохи води, щоб він ходше входив і після вилучення його, чи буде триматися нафта, то на цьому місці починають копати чотирикутну яму ».
У грудні 1844 р. член Ради Головного управління Закавказького краю В.М. Семенов направив своєму керівництву рапорт, де писав про необхідність... поглиблення за допомогою бура деяких колодязів... і твори знову розвідки на нафту також через буру між балаханськими, байбатськими та кабристанськими колодязями». Як визнавав сам В.М. Семенов, цю ідею підказав йому керівник бакинських та ширванських нафтових та соляних промислів гірничий інженер Н.І. Воскобійників. У 1846 р. міністерство фінансів виділило необхідні коштиі було розпочато бурові роботи. Про результати буріння йдеться в доповідній записці намісника Кавказу графа Воронцова від 14 липня 1848: «... на Бібі-Ейбаті пробурена свердловина, в якій знайдено нафту». Це була перша нафтова свердловина у світі!
Незадовго до цього 1846 р. французький інженер Фовель запропонував спосіб безперервного очищення свердловин - їх промивання.Сутність методу полягала в тому, що з поверхні землі по порожніх трубах у свердловину насосами закачувалась вода, яка виносить шматочки породи нагору. Цей метод швидко отримав визнання, т.к.
не вимагав зупинки буріння.
Багато країн пов'язують народження своєї нафтової промисловості із бурінням першої свердловини, що дала промислову нафту. Так, у Румунії відлік ведеться з 1857 р., у Канаді - з 1858 р., у Венесуелі - з 1863 р. У Росії довгий час вважалося, що перша нафтова свердловина була пробурена в 1864 р. на Кубані на березі р. Петербурзі. Кудако під керівництвом полковника О.М. Новосильцева. Тому у 1964 р. у нас у країні урочисто відзначили 100-річчя вітчизняної нафтової промисловості і з того часу щороку відзначають «День працівника нафтової та газової промисловості».
Число пробурених свердловин на нафтових промислах наприкінці ХІХ століття стрімко зростало. Так у Баку 1873 р. їх було 17, 1885 р. - 165, 1890 р. - 356, 1895 р. - 604, то 1901 р. - 1740. Одночасно значно зросла глибина нафтових свердловин. Якщо 1872 р. вона становила 55...65 м, то 1883 р. - 105...125 м, а до кінця ХІХ ст. досягла 425...530 м-коду.
Наприкінці 80-х років. минулого століття поблизу м. Новий Орлеан (шт. Луїзіана, США) було застосовано обертальне бурінняна нафту з промиванням свердловин глинистим розчином. У Росії обертальне буріння з промиванням вперше застосували поблизу м. Грозного в 1902 р. і знайшли нафту на глибині 345 м-коду.
Спочатку обертальне буріння здійснювалося обертанням долота разом із усією колоною бурильних труб безпосередньо з поверхні. Однак при великій глибині свердловин вага цієї колони дуже велика. Тому ще XIX в. з'явилися перші пропозиції щодо створеннявибійних двигунів,
тобто. двигунів, що розміщуються у нижній частині бурильних труб безпосередньо над долотом. Більшість із них залишилися нереалізованими.Вперше у світовій практиці радянським інженером (згодом членом-кореспондентом АН СРСР) М.А.
Капелюшниковим у 1922 р. був винайдений турбобур,являв собою одноступінчасту гідравлічну турбіну з планетарним редуктором. Турбіна приводилася у обертання рідиною для промивання. У 1935...1939 pp. конструкція турбобура була вдосконалена групою вчених під керівництвом П.П. Шумилова. Турбобур, запропонований ними, є багатоступеневою турбіною без редуктора.
У 1897 р. у Тихому океані в районі о. Сомерленд (шт. Каліфорнія, США) вперше було здійснено буріння на морі.У нашій країні перша морська свердловина була пробурена в 1925 р. в бухті Ілліча (біля Баку) на штучно створеному острівці. У 1934 р. Н.С. Тимофеєвим на о. Артема в Каспійському морі було здійсненокущове буріння,
при якому кілька свердловин (іноді більше 20) буряться із загального майданчика. Згодом цей метод став широко застосовуватися за буріння в умовах обмеженого простору (серед боліт, з морських бурових платформ тощо).
З початку 60-х років з метою вивчення глибинної будови Землі у світі почали застосовувати надглибоке буріння.Здрастуйте, читачу. Я дуже уважно ставлюся до дорожнім знакамта вказівникам, а тому, не могла не помітити на трасі в районі села Київського (Кримський район)
Краснодарського краю
) Інформаційний знак, що нещодавно з'явився, з коричневим фоном "Бабуля-вежа 3,5 км". Як можна проїхати повз, якщо знак вказує на туристичний об'єкт? Бажаючи побачити пам'ятку, повертаємо з траси до села. Покажчик на трасі - добре, але ще й на розвилках ґрунтових доріг щось передбачити. Не описуватиму всі наші пошуки місцевої пам'ятки, але 2,5 км перетворилися на 10))) Судячи з того, що на одній з розвилок (4!) нам зустрівся ще один інформаційний покажчик, ми досягли мети нашої подорожі. На околиці села Київського ми побачили вежу. Пройшовши колись асфальтованою дорогою, ми опинилися біля бурової вежі та обеліска, які були встановлені на честь 100-річчя від дня буріння першої свердловини. Поблизу вежі досі є свердловини, з яких виходить газ. Ось одна з нихВиявляється,першу російську нафтову свердловину пробурили 1864 року у
не на тюменській Півночі, не на бакинських чи грозненських промислах, а в долині річки Кудако. Краснодарського краю.
Два роки розвідувальних бурових робіт на Таманському півострові з'їли багато грошей (понад 200 тис. рублів, сума на ті часи дуже пристойна), проте очікуваних позитивних результатів не принесли. Тоді Новосільцев переніс пошуки ближче до Катеринодару, у долини річок Кудако, Псебес та Псиф. Саме тут їм уперше був застосований спосіб механічного ударного буріння з кріпленням свердловин металевими обсадними трубами, що стало вважатися технічним переворотом не тільки у російській, а й у світовій нафтовій промисловості.
І ось 1864 року в урочищі Кудако (назва цієї річки від адигейського «Кудек'о» так і перекладається: «куде» - нафта, «к'о» - долина) нарешті забила струмінь чистої нафти, що дає, як сказано в донесенні Новосильцева до Петербурга, « без допомоги локомобіля та допомоги робітників, за допомогою одних труб, від 1500 до 2000 відер кожні двадцять чотири години».
Перший у Росії нафтовий фонтан привернув увагу вітчизняної преси, яка із захопленням описувала «диво природи на Кубані». Ще б пак, адже до цього нафту в державі добувалася в основному колодязним методом. А дипломатичними каналами з різних держав стали один за одним надходити запити про можливість постановки нафтової справи на півдні Росії, як сказали б зараз, інвестиційні пропозиції…
Розраховуючи в майбутньому на великі прибутки, Новосильцев вирішив побудувати в 1866 великий і добре обладнаний нафтоочисний завод, для чого звернувся в Кубанське козацьке військо і взяв додаткову велику позику у військовій скарбниці. Однак бізнес-проект його з ряду причин зазнав невдачі: витрати на будівництво заводу не виправдали доходи, головним чином тому, що більшість нафти губилася марно через поганий устрій промислів. При розливах рік маса нафти неслася водою, забруднюючи навколишню місцевість. На переробку нафта перевозилася в бочках гужовим транспортом, який у бездоріжжі кілька місяців на рік просто не міг пересуватися. А військове управління тим часом вимагало погасити позику. 31 травня 1871 Новосильцева оголосили неспроможним боржником і позбавили можливості розпоряджатися коштами і справами. Так нафтовий першовідкривач, опинившись до кінця життєвого шляхунеплатоспроможним кредитором, помер у злиднях. Але слава богу, що не в забутті.
"Під керівництвом комуністичної партії на Кубані створено потужну нафтову промисловість"
"Пам'ятник споруджений Кубанськими нафтовиками на відзначення народження вітчизняної нафтової промисловості та відкритий 16 лютого 1958 року"
Кожна країна намагається всіляко підкреслити свій внесок у загальносвітову скарбничку знань. Оскільки багато рішень «купити» приймаються на емоційному рівні, внесок у світову науку та інженерну справу – питання не скільки престижу окремих фахівців, скільки підтримки вартості бренду країни загалом.
Тому й боротьба за першість у нафтогазовій галузі йде не лише за поточну ринкову частку чи майбутній видобуток, а й за минулі винаходи. Є сотні прикладів, коли одні й ті самі рівняння чи підходи називаються по-різному різних мовах. Хто ж був першим? І наскільки це взагалі важливе?
Перша нафтова свердловина
Нафта видобувалася з давніх-давен з поверхні в місцях природного просочування. Відомі згадки про видобуток нафти із збудованих колодязів глибиною до 50 метрів (у районі Баку з 1594 року).
Вважається, що першу промислову експлуатаційну свердловину збудував у 1858 році Едвін Дрейк. Після виходу на пенсію залізничник Дрейк міг подорожувати країною безкоштовно. Це і випадкова зустріч у готелі дало Дрейку роботу геологорозвідника, оклад $1000 на рік і кілька акцій компанії Seneca Oil.
Будівництво глибоких свердловин у Пенсільванії до Дрейка вважалося нерозв'язним завданням через швидке обвалення ґрунту. Промисловими новаціями Дрейка стало застосування парового двигуна замість ручного приводу і обсадження стовбура свердловини чавунною трубою, що нарощується в процесі поглиблення стовбура. Саме так 2500 років тому китайці бурили свердловини завглибшки до 500 метрів для видобутку розсолу. Як розповідають китайські літописи, іноді в обсаджену бамбуком свердловину проривався горючий газ або нафту. Не дивно, що єдиним буровиком, який погодився на авантюру Дрейка, був Вільям Сміт - фахівець із буріння свердловин на сіль.
Штанговий насос на експлуатаційній свердловині. Насос рухається паровою машиною, яка топиться дровами. Tarr Farm, Долина Нафтовий струмок (Oil Creek Valley), Пенсільванія, 1868. Фотографія музею Свердловини Дрейка.
Тим часом перша розвідувальна свердловина знаходиться поряд з Баку. Вона була побудована під керівництвом інженера Василя Семенова, на ту саму глибину – 21 метр. З доповідної записки намісника на Кавказі князя Воронцова від 14 липня 1848 р.: «… Директор Бакинських і Ширванських мінеральних промислів доносив, що пробурена на Бібі-Ейбат бурова свердловина, у якій знайдено нафту».
Парову ж машину для буріння у Росії вперше застосували лише 1859 року поблизу м. Подольська. Перша експлуатаційна свердловина була побудована в Росії на Кубані у 1864 році. Відставання у застосуванні механізованого буріння визначило наступне відставання у застосуванні інших технологій видобутку нафти. У них до певного часу просто не бачили необхідності.
Пласт на розрив
Ранні технології буріння призводили до забруднення привибійної зони фільтратом бурового розчину на кілька метрів углиб пласта. Крім того, свердловини, пробурені ударно канатним способом, в повному обсязі розкривали весь пласт, т.к. інакше обсадна колона Дрейка перекривала б продуктивну зону. Дебіт свердловини через це міг бути в десятки разів нижчим від можливого.
У 1865 році відставний полковник Е. Робертс отримує патент № 59,936 на «торпедування» привибійної зони свердловини. Послуга вартістю $100-200 та роялті в 1/15 майбутнього видобутку була настільки популярна, що на ринку з'явилося безліч шабашників («moonlighters»), які порушують патент і технологію поводження зі збройовим порохом та нітрогліцерином. Робертсу довелося наймати детективів агентства Пінкертона і витратити в цілому $250 000 на судові витрати, організувавши найбільший в історії США захист патенту. Метод припинив застосовуватися лише 5 травня 1990 року, коли закінчилися складські запаси знятого з виробництва нітрогліцерину.
Наступною технологією стало перфорування обсадної труби за допомогою багатозарядного перфоратора, що дозволило спускати обсадну колону нижче продуктивної зони і розкривати весь пласт. З 1930 по 1956 Ira McCullough отримує безліч патентів на перфоратори. Однак пласт перфорується недостатньо глибоко, і видобуток залишається в кілька разів нижчим від потенційного.
Для вирішення цієї проблеми в 1947 році Floyd Farris і Joseph B. Clark (Stanolind Oil and Gas Corporation) наймають компанію Halliburton для створення в пласті штучної тріщини - гідророзриву пласта (ГРП), що проходить крізь пошкодження і заповнена провідним розклинювальним матеріалом - пропантом. Для цього потрібно було підняти тиск рідини на забої вище гірського тиску і тримати тріщину відкритою кілька годин, поки пропант закачується з рідиною займе своє місце і насоси можна буде вимикати.
Польовий експеримент із гідророзриву було проведено 1947 року на газовому родовищі в Канзасі. Викладки по газовому родовищу Hugoton, Канзас (глибини 730 метрів) показували необхідний тиск 50-100 атм на гирлі (130-180 атм на вибої) та обсяги накачування кілька кубометрів гелю на базі дизельного палива, змішаного з річковим піском. Процес був запатентований нафтовою компанією і відразу переуступлений за ліцензією Halliburton. Перша промислова операція 17 березня 1949 року за 12 миль від м. Данкен, штат Оклахома. Того ж дня другу операцію було проведено в сусідньому Техасі.
До 1980 на 500 000 свердловин США було проведено понад 150 000 операцій ГРП. Повторні ГРП було проведено на 35% їх. Перша операція зі створення тріщини втретє у тій же свердловині (tri-frac) проведено 1955 року. Максимальна кількість операцій ГРП було відзначено 1955 р. - приблизно 54 000 ГРП на рік.
У СРСР ГРП почали застосовувати з 1952 р. задовго до винайдення сучасних комп'ютерів, в 1955 році радянські вчені Християнович і Жовтов розробили першу двомірну модель - KGD (Kristianovitch-Geertsma-de Klerk). У 1961 році другу 2D модель - PKN розробили Perkins і Kern, з модифікацій Nordgren (1971). Після півстоліття на ринку конкурують десятки програм для псевдо-3D дизайну та оптимізації ГРП на базі моделі PKN, переважна більшість створюється і допрацьовується в США та Канаді. Точніше, повністю тривимірне одночасне моделювання геомеханіки, гідравліки та процесу переносу вимагає обчислень довжиною в кілька місяців і не використовується на практиці.
Основний вектор розвитку моделей – точніший і швидший прогноз багатостадійних операцій на декількох горизонтальних свердловинах одночасно (zip fracs). Також цікавим є опис інтерференції тріщин (stress shadowing) та транспорт пропанту, а також комбінування допоміжних технологій, включаючи закачування трасерів, використання оптоволокна, та мікросейсмічний моніторинг. У дальшій перспективі – потрібно винайти раніше протестоване використання пін з урахуванням CO2 і азоту.
Пік застосування ГРП у СРСР припав на 1959 р. З початку 1970-х і до кінця 1980-х ГРП у СРСР практично не проводилося, у зв'язку з введенням у розробку великих нафтових родовищ Західного Сибіру. Відродження практики застосування ГРП у Росії почалося після падіння ціни на нафту, наприкінці 1980-х. За 1988-1995 р.р. у Західному Сибіру було здійснено понад 1,6 тис. операцій ГРП.
У процесі розділу НК ЮКОС і передачі його активів НК Роснефть, низка високопосадовців називала ГРП «варварським» і «хижацьким» методом видобутку, що, однак, не завадило збільшити кількість і тоннаж операцій на тих же родовищах у Росії з 5 000 у 2006 році до приблизно 15 000 у 2016 році.
З досвіду розробки родовищ США у Росії можливо потенціал реперфорації і повторних ГРП, як це практикується через 5-10 років після первинної стимуляції свердловини. За рахунок геомеханічного моделювання можна передбачити, наскільки нова тріщина відхилиться від старої, а гідродинамічна модель покаже зони, які необхідно охопити заводненням. І якщо крила нової тріщини підчеплять слабодреновані пропластки, різко скоротиться обводненість і вміст газу в рідині, що видобувається. Це буде сигналом, що повторна операція не тільки збільшила темп відбору, а й запаси цієї ділянки родовища. Чи варто говорити, що «варварський метод», без якого рідко обходиться нова свердловина в Росії, вже призвів до перевороту ринку, зниження ціни і початку експорту американської нафти. З урахуванням високої обводненості та низького дебіту нафти у свердловинах, пробурених у 2012 році і раніше, технічні ризики більшості повторних ГРП невисокі – втрачати особливо нічого.
Нарощуючи обсяги
Завдяки тому, що нафта часто легша за воду, тиск у пласті здатний доставити нафту на поверхню фонтаном. Але при цьому дебіт нафти виходить у п'ять разів нижче за максимально можливе, і енергії пласта вистачає ненадовго. Для традиційних колекторів – кілька місяців, для сланцевих родовищ – кілька років.
І знову промисловим новатором виступив Дрейк, взявши з кухні ручну помпу. Створивши з поверхні розрядження в одну атмосферу, він збільшив видобуток із 10 до 25 барелів на день, залишивши все містечко Titusville без оборотних бочок під віскі. Цей приклад добре показує небезпеку порівняння лише даних з дебіту. Без даних по тиску - фінансові аналітики можуть легко помилитися в кілька разів, порівнюючи свердловину, що фонтанує через штуцер зі свердловиною, що працює в порожній забій (AOF).
Насос на поверхні може створити розрядження і додати атмосферний тиск енергії самого пласта. Створити більше розрядження можна насосом у свердловині, але як привести його в рух? Перше рішення – механічна передача з поверхні, але тоді потрібна довга штанга, хід якої обмежить максимальний дебіт. У 1865 році, тільки коли перестали фонтанувати свердловини з першої хвилі промислового буріння, американці почали масове використання занурювальних плунжерних насосів, з поршнем, що приводиться в дію двигуном з поверхні через баланс від бурового верстата і дерев'яну штангу (див. малюнок 1). У Росії її новація знайшла свій ринок лише 1874 року.
А що якщо свердловини стають все глибшими і глибшими і потрібно створити тиск у кілька сотень атмосфер? І буровики навчилися бурити похилі шпари під потрібним кутом?
Тоді розумно помістити і насос, і двигун у саму свердловину. Для цього потрібно надмалий розмір пристрою та велика потужність на одиницю об'єму. Електричний двигун був єдиним на той момент варіантом. В 1911 Армаїс Арутюнов відкриває в Катеринославі свою компанію і створює високооборотний компактний електричний мотор, який може працювати повністю зануреним у воду. А в 1916 році, доводить до розуму пару, що працює на одному валу: мотор і відцентровий насос. При цьому потужний мотор розташовується нижче насоса і охолоджується потоком рідини, що набігає.
В 1919 Арутюнов емігрують спочатку до Берліна, потім, в 1923 в Лос-Анджелес, де намагався переконати впровадити свою розробку. Скрізь слідувала відмова була зі словами, що пристрій суперечить відомим законам електрики. За 50 років до цього в Австрії професор Грацького університету Яків Пешль прочитав лекцію про нездійсненність використання змінного струму в електродвигунах одному зі своїх студентів. Студента звали Нікола Тесла, а ім'я професора Пешля назавжди залишиться в історії інженерної справи.
В 1928 Арутюнов переїжджає в Оклахому і з партнером Frank Phillips (директор Phillips Petroleum Co.) відкриває свою компанію. У 1930 році компанія була перейменована в REDA pump Co. (Від Russian Electrical Dynamo of Arutunoff). У ній знайшли роботу сотні звільнених у Велику депресію американських робітників. До кінця 30-х років REDA мала більше 90 патентів, а Арутюнов ні в чому не відмовляв до кінця життя. Його портрет висить у Залі Слави штату Оклахома.
Марка електровідцентрових насосів (ЕЦН) REDA була єдиною на ринку США до 1957 року, і через сторіччя після створення прототипу все ще входить до продуктової лінійки Schlumberger. Примітно, що родовище North Burbank Unit, на якому розбагатів Frank Phillips, досі дає нафту за допомогою закачування CO2 (див. статтю НГВ «Парниковий ефект у видобутку нафти» в номері #13/14 за 2017 р.) і напору, створюваного ЕЦН REDA.
Перший ЕЦН в СРСР був спущений в 1943 р., коли із США по ленд-лізу було отримано 53 насоси REDA. Вітчизняний аналог спущено 20 березня 1951 р. у свердловину № 18/11 Грознефти. Західносибірську провінцію стали освоювати набагато пізніше родовищ Оклахоми і Техасу, тому дебіти залишаються вищими, ніж у США і вимагають потужних насосів. Досі у Росії понад 80% нафти видобуваються ЕЦН. Ними оснащено понад 80 000 свердловин.
Сланцева революція різко підвищила дебіти свердловин США, а дешева нафта різко знизила зарплати в Росії, тож для виробників ЕЦН Росії: Борець (ТОВ «Лисьванефтемаш»), Новомет (одноіменна компанія, м. Перм), Алмаз (м. Райдужний, ХМАО) та Алнас (ГК Рімера – частина Холдингу ЧТПЗ) відкривається унікальне вікно можливостей. Але тільки якщо вони зможуть конкурувати за шириною діапазону дебіту при високому газовому факторі з REDA (Schlumberger) і Centrilift (Baker Hughes), і ціною з китайськими виробниками. Одним із бар'єрів входу буде, як не дивно, відсутність досвіду роботи з встановлення та обслуговування ЕЦН в американців. Для них ера масового застосування ЕЦН закінчилася в 1970-х роках, але починається знову, причому в тих же районах нафтовидобутку, що й півстоліття тому.
Нові технології та пілотні зразки часто з'являються за межами США, але дивно системно штати стають місцем їх масового застосування, доопрацювання та перетворення на масовий експортний продукт. Винахідники-щасливчики можливо і робить один унікальний прорив, але справжні перевороти в індустрії роблять люди, які систематично перепробували сотні і тисячі підходів і знайшли вірну комбінацію відомих раніше технологій. Тому не дуже важливо, де технологія народилася, важливо, хто першим здогадався схрестити її з кількома вже відомими і довести продукт для масового використання.
Американці пов'язують народження нафтової індустрії з Дрейком не тому, що він був визначним винахідником або хоча б успішним бізнесменом. Він не мав ділової хватки і метод буріння залишився незапатентованим. Програвшись на біржі в 1863 році, він був змушений в старості жити на спеціальну пенсію штату $1,500/рік (немислима на ті часи щедрість), у півтора рази вище за свій стартовий оклад від Seneca Oil.
Дрейк став відомий тому, що пішов проти думки фахівців із буріння водяних свердловин, проскакав 90 миль у пошуках буровика-солодобувника, який візьметься за шалене замовлення. Крім того, він поєднав відомий спосіб буріння із відомою технологією відкачування води. Видобуток збільшився в рази і став комерційним.
Користувачеві необхідно проводити оптимізацію для десятка сценаріїв, а не боротися з незручним у щоденній роботі інструментом і ворожити над незрозумілими параметрами та вихідними даними. Альтернатива новим методам є – це старий добрий принцип, відомий усіма мовами – «ми завжди так робили». Тому, щоб не відстати, варто працювати на майбутнє, а не чіплятися за велике минуле.
