Как бурят нефтяные скважины

Процесс бурения нефтяных скважин

Бурением называется воздействие спецтехники на почвенные слои, в результате чего в земле образуется скважина, через которую будут добывать ценные ресурсы. Процесс бурения нефтяных скважин осуществляется по разным направлениям работы, которые зависят от расположения почвенного или горного пласта: оно может быть горизонтальным, вертикальным либо наклонным.

В результате работы в земле образуется цилиндрическая пустота в виде прямого ствола, или скважина. Ее диаметр может быть различным в зависимости от назначения, но он всегда меньше параметра длины. Начало скважины расположено на поверхности почвы. Стены называются стволом, а дно скважины – забоем.

Ключевые этапы

Если для водных скважин может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только тяжелая. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Сам процесс делится на следующие этапы:

• Подвоз техники на участок, где будет производиться работа.
• Собственно бурение шахты. Процесс включает в себя несколько работ, одна из которых – углубление ствола, которое происходит при помощи регулярного промывания и дальнейшего разрушения горной породы.
• Чтобы ствол скважины не был разрушен и не засорил ее, пласты породы укрепляют. С этой целью в пространство прокладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Место между трубой и породой закрепляют цементным раствором: эта работа носит название тампонирования.
• Последней работой является освоение. На нем вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, а также проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовка площадки

Для организации процесса бурения нефтяной скважины потребуется провести также подготовительный этап. В случае, если разработка ведется в области лесного массива, требуется, помимо оформления основной документации, заручиться согласием на работы в лесхозе. Подготовка самого участка включает следующие действия:

1. Вырубка деревьев на участке.
2. Разбитие зоны на отдельные части земли.
3. Составление плана работ.
4. Создание поселка для размещения рабочей силы.
5. Подготовка основания для буровой станции.
6. Проведение разметки на месте работы.
7. Создание фундаментов для установки цистерн на складе с горючими материалами.
8. Обустройство складов, завоз и отладка оборудования.

После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:

• Установка и проверка техники.
• Проводка линий для энергоснабжения.
• Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки.
• Установка вышки и подъем на нужную высоту.
• Отладка всего оборудования.

Когда оборудование для бурения нефтяных скважин будет готово к эксплуатации, необходимо получить заключение от специальной комиссии, что техника находится в исправном состоянии и готова к работе, а персонал обладает достаточными знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода. При проверке уточняется, правильную ли конструкцию имеют осветительные приборы (они должны иметь устойчивый к взрывам кожух), установлено ли по глубине шахты освещение с напряжением 12В. Замечания, касающиеся качества работы и безопасности, необходимо принять во внимание заранее.

До начала работ по бурению скважины необходимо установить шурф, завезти трубы для укрепления бурового ствола, долото, малую спецтехнику для вспомогательных работ, обсадные трубы, приборы для измерений в ходе бурения, обеспечить водоснабжение и решить другие вопросы.

Буровая площадка содержит объекты для проживания рабочих, технические помещения, лабораторное строение для анализа проб почвы и получаемых результатов, склады для инвентаря и малого рабочего инструмента, а также средства для медицинской помощи и средства безопасности.

Особенности бурения нефтяной скважины

После установки начинаются процессы по переоснащению талевой системы: в ходе этих работ монтируется оборудование, а также апробируются малые механические средства. Установка мачты открывает процесс забуривания в почву; направление не должно разойтись с осевым центром вышки.

После того, как завершается центровка, проводится создание скважины под направление: под этим процессом понимается установка трубы для усиления ствола и заливка начальной части цементом. После установки направления центровка между самой вышкой и роторными осями регулируется повторно.

Бурение под шурф осуществляется в центре ствола, и в процессе работы делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур, для регулировки скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке, а другой частью удерживается физически.

За пару суток до запуска буровой установки, когда прошел подготовительный этап, собирается конференция с участием членов администрации: технологов, геологов, инженеров, бурильщиков. К вопросам, обсуждаемым на конференции, относятся следующие:

• Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей.
• Конструктивные особенности скважины.
• Состав горной породы в точке исследований и разработок.
• Учет возможных трудностей и осложняющих работу факторов, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае.
• Рассмотрение и анализ карты нормативов.
• Рассмотрение вопросов, связанных с безаварийной проводкой.

Документы и оборудование: основные требования

Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:

• Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки.
• Карта нормативов.
• Журнал по растворам для бурения.
• Журнал по обеспечению охраны труда в работе.
• Учет функционирования дизелей.
• Вахтовый журнал.

К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:

• Оборудование для цементирования, сам цементный раствор.
• Оборудование для обеспечения безопасности.
• Каротажные механизмы.
• Техническая вода.
• Реагенты для различных целей.
• Вода для питья.
• Трубы для обсадки и собственно бурения.
• Площадка под вертолет.

Типы скважин

При начале процесса диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы строительство скважины делается в несколько этапов:

1. Углубление дня скважины, для чего используется буровое оборудование: оно размельчает горную породу.
2. Удаление обломков из шахты.
3. Закрепление ствола при помощи труб и цемента.
4. Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти.
5. Спуск глубины и ее цементирование.

Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:

• Небольшие (до 1500 метров).
• Средние (до 4500 метров).
• Углубленные (до 6000 метров).
• Сверхуглубленные (более 6000 метров).

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Полученные части удаляют посредством вымывания специальным раствором; глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Проблемы в ходе бурения нефтяных скважин

В ходе бурения скважин можно столкнуться с рядом технических проблем, которые замедлят или сделают работу практически невозможной. К ним относятся следующие явления:

• Разрушения ствола, обвалы.
• Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы).
• Аварийные состояния оборудования или шахты.
• Ошибки в сверлении ствола.

Чаще всего обвалы стенок происходят из-за того, что горная порода обладает нестабильной структурой. Признаком обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.

Поглощение жидкости чаще всего случается в случае, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая система или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины снаряд, который движется по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Проведение скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с разной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды горных пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

• Свойства обнаруженных горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды).
• Глубина скважины, угол ее наклона.
• Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород.
• Метод бурения скважины.

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс создания скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

• Ударно-канатный метод.
• Работа с применением роторных механизмов.
• Бурение скважины с использованием забойного мотора.
• Бурение турбинного типа.
• Бурение скважины с использованием винтового мотора.
• Бурение скважины посредством электрического бура.

Первый способ относится к наиболее известным и проверенным методам, и в этом случае шахту пробивают ударами долота, которые производятся с определенной периодичностью. Удары делаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. Бурение скважин малого размера производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики. При этом методе функционирует только один канал подачи энергии на уровне до забоя.

Турбобур – это особый механизм, который преобразует энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков. Главной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

Бурение нефтяных и газовых скважин

Этой статьей мы начинаем большой цикл статей посвященных вопросам бурения нефтяных и газовых скважин их особенностям, и конструкции. Мы постараемся охватить весь спектр вопросов, связанных непосредственно с процессом бурения, рассмотрим технологии бурения, необходимое для выполнения работ оборудование и материалы, а также рассмотрим различные программные комплексы управляющие этим процессом.

Начнем с определения — что же такое бурение?

Ниже мы приведем обобщенное определение, наиболее полно отвечающее на поставленный вопрос.

Бурением называется воздействие специальной техники на слои почвы, в результате которого в земле образуется скважина, через которую будет вестись добыча ресурсов или, иными словами, бурение — это процесс разрушения пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

В определении появился еще один термин – скважина. Считаем целесообразным здесь дать определение – что такое скважина?

Скважина — техническое отверстие в породе, длина которого значительно превосходит его диаметр. Начало скважины (на поверхности земли) – называется УСТЬЕ, промежуточная часть скважины СТВОЛ, окончание скважины (дно скважины) — ЗАБОЙ.

Расстояние между устьем и забоем по оси ствола выработки называется длиной скважины, а это же расстояние, но взятое по вертикальной проекции оси называется её глубиной.

Бурение нефтяных (газовых) скважин осуществляется по разным направлениям работы — горизонтальным, вертикальным или наклонным, и зависят от расположения почвенного или горного пласта.

Основные этапы бурения

Основные этапы бурения (или как их еще называют ключевые этапы бурения) делится следующим образом:

• Доставка специальной техники на участок, где будет выполнятся работа. В зависимости от места расположения участка, техника может доставляться на место проведения работ или своим ходом, или по “зимнику” и даже вертолетам;
• Непосредственно бурение скважины включает в себя несколько работ. Одна из которых – углубление ствола;
• Для предотвращения разрушения ствола скважины и для предотвращения “засора”, пласты породы укрепляют. Для решения этой задачи в образовавшееся на очередном этапе бурения пространство закладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Пустоты между трубой и породой закрепляют цементным раствором: название этой работы — тампонирование;
• Заключительный этап — освоение. Вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовительные мероприятия

Их можно разделить на 2 этапа – подготовка и оформление необходимой документации, и подготовительные работы непосредственно на участке бурения.

Подготовка документации

Перечень всей необходимой документации для проведения процесса бурения мы не будем расписывать в этой статье. Хотим добавить лишь только, что если разработка ведется в области лесного массива, нужна вся разрешительная документация, для осуществления вырубки лесного массива.

Работы по подготовке непосредственно на участке

• Составление плана работ;
• Проведение разметки участка и его зонирование;
• Вырубка деревьев;
• Подготовка и создание поселка для размещения рабочих;
• Подготовка основания для буровой установки;
• Строительство фундаментов для установки на него цистерн с горючими материалами, буровым раствором и пр…;
• Обустройство складского хозяйства;
• Отладка оборудования вспомогательного технологического оборудования;
• Сборка монтаж проверка техники;
• Подводка линий электропередач для энергоснабжения оборудования и технических средств;
• Монтаж основания для буровой вышки и установки вспомогательных элементов;
• Установка буровой вышки и подъём ее на нужную высоту;
• Отладка всего комплекса оборудования.

По времени, работы по подготовке непосредственно на участке, могут занимать от 1 до 5 месяцев.

После окончания работ по подготовке оборудования для бурения нефтяных скважин (оборудование полностью готово к эксплуатации), необходимо заключение специальной комиссии.

Комиссия выдаёт заключение, в котором указано, что техника находится в исправном состоянии, полностью готова к эксплуатации, персонал обладает всеми необходимыми знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода.

При проверке, комиссией также уточняется правильность конструкции осветительных приборов (осветительные приборы должны иметь взрывозащищенный кожух).

Если выявляются недочеты, они оформляются в виде замечаний, и они должны приняты во внимание заранее, до начала процесса работ по бурению.

До начала работ по бурению, на скважину необходимо также завезти:

• трубы для укрепления бурового ствола (обсадные трубы);
• долото;
• различную мелкую спецтехнику для проведения вспомогательных работ;
• измерительные приборы, для осуществления измерений непосредственно в ходе бурения.

а также обеспечить водоснабжение и решить ряд других вопросов.

Буровая площадка в обязательном порядке должна содержать:

• Объекты для проживания персонала (бытовки, соответствующие погодным условиям)
• Технические помещения
• Лабораторные помещения для анализа проб грунта и полученных в ходе исследований результатов
• Складские помещения, для хранения инвентаря и мелкого инструмента
• Средства медицинской помощи и средства безопасности.

Нефтяная скважина — особенности бурения

Если для бурения скважин на воду может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только “тяжелая”. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Переоснащение талевой системы: В процессе этих работ монтируется оборудование и апробируются малые механизмы.

Установка буровой мачты начинает процесс забуривания в грунт, при этом направление не должно разойтись с осевым центром буровой вышки.

После завершения процесса центровки, осуществляется создание скважины под направление. Под этим процессом понимают установку трубы для усиления ствола, а также заливку начальной части специальным цементным раствором.

После установки направления центровка между вышкой и роторной осью регулируется еще раз.

Шурф – неглубокая скважина, которая сооружается рядом с ротором и ее предназначение – для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в момент, когда не бурят.

Бурение под шурф производится в центре ствола, и в период работы делается обсадка при помощи труб.

Под шурф бурят турбобуром или ротором. Для забуривания под шурф турбобуром над устьем скважины предварительно собирают долото, турбобур и ведущую трубу.

Для того, чтобы регулировать скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке.

За несколько дней до запуска буровой установки, после прохождения всех подготовительных мероприятий, необходимо проведение совещания, на котором обязательно присутствуют технологи, геологи, инженеры, бурильщики, на котором обсуждаются ряд ключевых вопросов:

• Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей;
• Конструктивные особенности скважины;
• Состав горной породы в точке исследований и разработок;
• Учет возможных трудностей, а также иных различных факторов осложняющих работу, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае;
• Рассмотрение и анализ карты нормативов.

Документы и оборудование. Основные требования

Непосредственно процесс бурения скважины, может начаться только, после оформления ряда документов, перечень которых мы хотим здесь привести:

• Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки;
• Нормативная карта (или карта нормативов);
• Журнал – растворы для бурения;
• Журнал – охрана труда;
• Журнал учета функционирования дизельных агрегатов;
• Вахтовый журнал.

Механическое оборудование и расходные материалы:

• Оборудование для цементирования (цементировочный агрегат);
• Цементный раствор;
• Оборудование для обеспечения безопасности;
• Каротажные механизмы;
• Техническая вода;
• Реагенты для различных целей.
• Питьевая вода;
• Трубы для обсадки (обсадные трубы)
• Трубы для бурения.

Типы скважин

В процессе бурения нефтяной скважины в породе формируется шахта, которую проверяют на:

Осуществляется эта проверка посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока вещества из продуктивной области.

После этого бурильная техника разбирается (демонтируется). Скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения.

Вывозится мусор, металлические части утилизируются.

В самом начале процесса бурения, диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы, строительство скважины осуществляется в несколько этапов:

• Углубление скважины, для чего используется буровое оборудование, которое размельчает породу;
• Удаление различных обломков породы из шахты;
• Закрепление ствола (осуществляется при помощи труб и цемента);
• Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти;
• Спуск глубины и ее цементирование.

Скважины могут отличаться по глубине и в соответствии с этим делятся на следующие разновидности:

• Малые (или небольшие) (до 1500 метров);
• Средние (до 4500 метров);
• Углубленные (до 6000 метров);
• Сверхуглубленные (более 6000 метров).

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Измельченные части породы удаляют посредством вымывания специальным раствором (буровым раствором); глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Сложности при бурении нефтяных скважин

В процессе бурения скважин достаточно часто приходится сталкиваться с техническими проблемами, появление которых может сильно замедлить работы или сделают работу практически невозможной. К таким проблемам относятся следующие явления:

• Разрушения ствола, обвалы;
• Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы);
• Аварийные состояния оборудования или шахты;
• Ошибки в сверлении ствола.

Достаточно часто обвалы стенок скважины происходят из-за нестабильности горной порода. Признаками обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число фрагментов породы, которые выходят на поверхность.

Чаще всего поглощение жидкости случается, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая структура или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины буровой снаряд, движущийся по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с различной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

До начала процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

• Свойства присутствующих горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды и ряд других показателей);
• Глубина скважины и угол ее наклона;
• Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород;
• Метод бурения скважины (методы бурения будут рассмотрены в этой статье чуть позднее).

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс строительства скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

• Ударно-канатный метод.
• Работа с применением роторных механизмов.
• Бурение скважины с использованием забойного мотора.
• Бурение турбинного типа.
• Бурение скважины с использованием винтового мотора.
• Бурение скважины посредством электрического бура.

Ударно-канатный метод бурения — относится к наиболее известным и проверенным методам. В этом случае шахту пробивают ударами долота, производимыми с определенной периодичностью. Удары создаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. При малых размерах скважины – бурение производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики.

Турбобур – это особый механизм, преобразующий энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков.

Основной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

Как бурят нефтяные скважины с помощью цифровых технологий

Бурение скважин — дорогостоящий процесс, существенно влияющий на себестоимость добычи нефти. И чем дальше, тем сложнее и дороже он становится: чтобы эффективно разрабатывать трудноизвлекаемые запасы, нужно строить сложные, высокотехнологичные скважины. Повышать эффективность бурения помогают технологии Индустрии 4.0 — анализ больших данных, интернет вещей, искусственный интеллект.

«Газпром нефть» давно занимается вопросами эффективности бурения. Причины повышенного внимания к этой сфере в недостаточной развитости российского нефтесервисного рынка. Отсутствие серьезной конкуренции приводит к тому, что участники рынка не спешат вкладывать значительные ресурсы в развитие и брать на себя связанные с этим дополнительные риски. Поэтому нередко внедрение новых технологий — инициатива самих нефтедобывающих компаний.

Потоки данных

В «Газпром нефти» процесс проектирования и строительства скважин сегодня уже во многом оцифрован. Расположение скважин, их траектория и конструкция, отдельные операции (спуск обсадных колонн, цементирование ствола и др.) рассчитываются в специальных компьютерных симуляторах. Программное обеспечение позволяет оценить ожидаемую отдачу от пласта и найти оптимальные способы ее достижения.

В процессе бурения со скважины поступает обильный поток данных. Это показания датчиков геолого-технологических исследований (ГТИ), данные каротажа в процессе бурения, показания телеметрии наклонно направленного бурения, реология бурового раствора и т. д. Большое количество разноплановой информации по каждой скважине поступает в Центр управления бурением (ЦУБ) «Геонавигатор», и основная задача центра — обеспечить максимально эффективное использование данных при сопровождении и контроле процесса строительства скважин.

Несмотря на то что объем этих данных огромен, сегодня их уже недостаточно, отмечает руководитель направления по бурению и автоматизации процессов Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Максим Елфимов: «Сейчас мы практически не получаем информации о состоянии такого оборудования на буровой, как насосы, верхний силовой привод и др. В лучшем случае эти данные собирает буровой подрядчик. Датчики вибрации и температуры бурового насоса, датчики крутящего момента на верхних приводах, дополнительные газоанализаторы не являются стандартным оборудованием и на многих буровых отсутствуют».

Дооборудование буровых установок такими датчиками — важная задача, которую «Газпром нефть» уже реализует в сотрудничестве с буровыми подрядчиками, эксплуатирующими их. «Мы занимаемся этим, чтобы лучше понимать источники непроизводительного времени, с которым связан большой объем затрат при бурении, — объясняет Максим Елфимов. — Частая причина простоев — выход из строя оборудования. Датчики дают нам возможность оценивать его износ, предотвращать выход из строя и сокращать непроизводительное время за счет своевременного обслуживания».

«Газпром нефть» стимулирует такое развитие в отрасли бурения, несмотря на то что ставки буровых компаний, использующих высокотехнологичное оборудование, неизбежно будут расти. Но если изменения позволят в итоге повысить скорость бурения, исключить или существенно сократить простои, итоговая стоимость скважины может оказаться ниже, а нефть и доход от ее реализации можно будет получить быстрее.

В перспективе — полная автоматизация буровых и применение решений на основе искусственного интеллекта, благодаря которым станет возможным удаленное управление буровой установкой, создание так называемых безлюдных буровых.

Догнать и перегнать

Планирование бурения, всевозможные расчеты и модели при проектировании скважин делаются сегодня с использованием импортного софта. В «Газпром нефти» его хотят заменить собственными разработками. Причин для этого несколько. Это и желание обезопасить себя от рисков ограничения доступа к таким продуктам, и высокая стоимость лицензий на ПО, и недостатки самого ПО: сложность обмена информацией между продуктами разных производителей, недостатки визуализации, отсутствие модулей, использующих машинное обучение и способных повышать эффективность работы. Чтобы решить эти проблемы, в компании началась разработка собственной программной платформы для бурения — ЭРА.ПИК.

ЭРА.ПИК — своеобразный конструктор, к которому будут присоединяться все новые модули-кирпичики — цифровые решения в области бурения. Первый базовый модуль — проектирование конструкции и профиля скважин. Это кросс-функциональный процесс, в котором задействованы самые разные специалисты. В программе его удалось максимально автоматизировать, упростив процедуры и сократив сроки согласования проекта разными службами. «Одна из важных задач, которую мы решаем на первом этапе, — обеспечить интеграцию в новой системе всех существующих у нас баз данных в области бурения», — подчеркивает Максим Елфимов.

Важной составляющей частью ЭРА.ПИК станут решения, основанные на технологиях машинного обучения. Аналогов им пока нет на рынке. Среди задач, которые сможет решать искусственный интеллект, — построение оптимального дизайна скважин на основе исторических данных, а также предсказание или более точное описание определенных ситуаций, складывающихся в процессе бурения.

В «Газпром нефти» идет работа над несколькими проектами по созданию своего рода цифровых помощников, которые используют инструменты машинного обучения для решения наиболее острых проблем в области бурения и внутрискважинных работ. Проекты реализуются в технологическом партнерстве с IBM и Сколтехом. «Программа проектов направлена на создание автоматизированной аналитической системы, способной в реальном времени решать задачу мониторинга и комплексной оптимизации процесса бурения скважины с учетом существующих технологических ограничений», — рассказывает руководитель программ проектов по бурению скважин Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Игорь Симон.

Два проекта уже реализованы в рамках НИОКР и перешли на этап тиражирования в дочерних обществах «Газпром нефти». В рамках первого из них — «Определение литологической разности на забое скважины» — был разработан программный продукт, позволяющий минимизировать случаи выхода долота из целевого интервала (продуктивного слоя) на основании данных сопровождения бурения (см. рис. выше). Второй проект («Прогнозирование осложнений в процессе бурения») посвящен созданию решения, которое распознает в данных сопровождения бурения предвестники аварийных ситуаций и сообщает о них оператору.

Дальнейшее развитие программы связано с еще двумя проектами. Первый — использование методов машинного обучения для более точного прогнозирования пространственного положения скважины — позволит принимать более качественные решение о дальнейшем бурении. Второй даст возможность в режиме реального времени определять продуктивность скважины и за счет этого сократит время на оценку эффективности бурения при текущем положении бурового инструмента.

Наглядно и доступно

Чтобы максимально эффективно использовать данные, важно, чтобы специалист вовремя обратил внимание на проблему и быстро принял необходимое решение. Эта задача в значительной степени связана с правильной визуализацией данных. Отдельный проект, направленный на решение этой задачи, реализуется в Центре управления бурением «Геонавигатор» «Газпром нефти». «Мы хотим представить привычную нам информацию под другим углом, извлечь максимум из каждого байта информации, поступающей в ЦУБ, расположить ее на экране так, чтобы специалист сразу видел все самое важное», — рассказывает руководитель направления в Научно-Техническом Центре «Газпром нефти» Нур Назаров.

Не менее важно и то, что информацией могут пользоваться специалисты разного профиля. Сейчас в ЦУБ работают представители девяти разных специальностей — от геологов до буровиков. И у каждого свои потребности в информации по бурению. Однако раньше вывод данных на экраны был рассчитан в первую очередь на сотрудников службы оперативной инженерно-технической поддержки. Новая визуализация должна обеспечить более эффективное решение задач всеми сотрудниками. «Идея в том, что визуализация должна стать дополнительным инструментом в руках команды, а информация в ней воспринималась в том числе и специалистами непрофильных направлений», — поясняет Нур Назаров.

Новые средства визуализации позволят изменить сам подход к работе, иначе расставить приоритеты. Раньше инженер тратил определенное время в течение дня на работу с одной скважиной: изучение ее истории, проведение расчетов, составление выводов и рекомендаций. При этом на другие скважины внимания не хватало. Теперь же система будет сообщать о необходимости в нужный момент переключить внимание на другой объект.

Это основные, но далеко не все цифровые проекты в области бурения, которые реализует сегодня «Газпром нефть». Среди них и решения в области промышленной безопасности (видеоаналитика на буровой и удаленный мониторинг состояния здоровья сотрудников при помощи носимых устройств), проекты по регистрации истории бурового оборудования (позволят более точно определять, сколько проработали буровые трубы, верхний силовой привод и талевый канат для их своевременного обслуживания и замены), инструменты оценки эффективности бурения для более качественного планирования будущих затрат, проекты по повышению эффективности управления подрядчиками и др.

Сегодня цифровые технологии используются в нефтянке повсеместно, и в добыче , и в нефтепереработке , и в ритейле .

Заинтересовала тема? Можете что-то добавить? Оставляйте свои комментарии — нам важно знать, что вы думаете.

kak_eto_sdelano

Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала

Для большинства людей, иметь свою нефтяную или газовую скважину – значит решить финансовые проблемы на всю оставшуюся жизнь и жить ни о чем не думая.
Но так ли просто пробурить скважину? Как она устроена? Этим вопросом, к сожалению, мало кто задается.

Буровая скважины 39629Г находится совсем недалеко от Альметьевска, в поселке Карабаш. После ночного дождя, все вокруг в тумане и перед машиной то и дело пробегали зайцыJ

И вот, наконец, показывалась сама буровая. Там нас уже ждал мастер буровой – главный человек на площадке, он принимает все оперативные решения и несет ответственность за все происходящее при бурении, а также – начальник управления буровых работ.

Принципиально, бурением называют разрушение горных пород на забое (в нижней точке) и извлечение разрушенной породы на поверхность. Буровая представляет собой комплекс механизмов, таких как буровая вышка, буровые насосы, системы очистки бурового раствора, генераторы, жилые помещения и т.д.

Буровая площадка, на которой расположены все элементы (о них мы поговорим ниже) – это очищенная от плодородного слоя земли и отсыпанная песком зона. После завершения работ этот слой восстанавливают и, таким образом, существенный вред экологии не наносится. Слой песка – обязателен, т.к. глина при первых дождях превратится в непроходимую жижу. Я сам видел, как в такой жиже застревали многотонные Уралы.
Но обо всем по порядку.

На скважине 39629Г установлен станок (собственно вышка) СБУ-3000/170 (стационарная буровая установка, максимальная грузоподъемность 170 тонн). Станок произведен в Китае и выгодно отличается от того, что я видел раньше. В России тоже производятся буровые, но китайские станки дешевле как в закупке, так и в обслуживании.

На этой площадке ведется кустовое бурение, оно характерно для горизонтальных и наклонно-направленных скважин. Такой тип бурения заключается в том, что устья скважин расположены на близком расстоянии друг от друга.
Поэтому буровой станок оборудован системой самоперемещения по рельсам. Система работает по принципу «тяни-толкай» и станок как бы передвигает сам себе с помощью гидроцилиндров. На перемещение с одной точки до другой (первые десятки метров) со всеми сопутствующими операциями уходит пара часов.

Поднимаемся на рабочую площадку буровой. Здесь собственно и происходит большая часть работы буровиков. На фото видны трубы буровой колонны (слева) и гидравлический ключ, при помощи которого колонна наращивается новыми трубами и продолжает бурение. Бурение происходит благодаря долоту на конце колонны и вращению, которое передается с помощью ротора.

Особый восторг у меня вызвало рабочее место бурильщика. Когда-то давно, в Республике Коми, я видел бурильщика, который управлял всеми процессами с помощью трех ржавых рычагов и собственной интуиции. Чтобы сдвинуть рычаг с места, он буквально повисал на нем. В итоге, буровой крюк чуть было не зашиб его.
Здесь же бурильщик подобен капитану космического корабля. Он сидит в изолированной кабине, в окружении мониторов и управляет всем с помощью джойстика.

Само собой, кабина отапливается зимой и охлаждается летом. Кроме того, на крыше,тоже стеклянной, предусмотрена защитная сетка на случай падения чего-нибудь с высоты и дворник для очистки стекла. Последний вызывает у буровиков неподдельный восторг:)

Кроме ротора, буровая оборудована системой верхнего привода (сделана в США). Эта система объединяет в себе крановый блок и ротор. Грубо говоря, это кран с приделанным к нему электродвигателем. Система верхнего привода является более удобной, быстрой и современной, нежели ротор.

Видео как работает система верхнего привода:

С вышки открывается отличный вид на площадку и окрестности:)

Кроме красивых видов, в верхней точке буровой можно обнаружить рабочее место верхового помбура (помощника бурильщика). В его обязанности входят работы по установке труб и общий контроль.

Так как верховой находится на рабочем месте всю 12-часовую смену и в любую погоду и любое время года, для него оборудована отапливаемая комната. На старых вышках этого никогда не было!

В случае нештатной ситуации, верховой может эвакуироваться с помощью троллея:

Когда скважина пробурена, ствол несколько раз промывается от разбуренной породы (шлама) и в нее спускают обсадную колонну, которая состоит из множества труб, скрученных между собой. Один из типовых внутренних диаметров обсадной колонны — 146 миллиметров. Длина скважины может достигать 2—3 километров и более. Таким образом, длина скважины превосходит её диаметр в десятки тысяч раз. Примерно такими же пропорциями обладает, например, отрезок обычной нити длиной 2—3 метра.

Трубы подаются по специальному желобу:

После спуска обсадной колонны скважину еще раз промывают и начинается цементирование затрубного пространства (пространства между стенкой скважины и обсадной колонной). Цемент подается на забой и продавливается в затрубное пространство.

После того, как цемент застывает, его проверяют зондом (прибором, спускаемым в скважину) АКЦ — акустический контроль цементажа, скважину опрессовывают (проверяют герметичность), если все ОК, то бурение продолжается – разбуривается цементный стакан на забое и долото идет дальше.

Буква «г» в номере скважины 39629Г означает, что ствол скважины – горизонтальный. От устья до определенного момента скважина бурится без отклонения, но потом с помощью шарнирного отклонителя и/или роторного отклонителя она выходит на горизонталь. Первый представляет собой трубу с шарниром, а второй – долото с направленным соплом, которое отклоняется напором бурового раствора. Обычно, на картинках, отклонение ствола изображается чуть ли не под углом 90 градусов, но в реальности этот угол составляет около 5-10 градусов на 100 метров.

За тем, чтобы ствол скважины шел туда, куда нужно, следят специальные люди – «кривильщики» или инженеры телеметрии. По показаниям естественной радиактивности горных пород, сопротивлению и другим параметрам, они контролируют и корректируют курс бурения.

Схематично все это выглядит вот так:

Любые манипуляции с чем-либо на дне (забое) скважины превращаются в очень увлекательное занятие. Если в скважину нечаянно уронить инструмент, насос или несколько труб, то вполне можно уроненное никогда не достать, после чего на скважине стоимостью в десятки или сотни миллионов рублей можно ставить крест. Покопавшись в делах и историях ремонта, можно найти настоящие скважины-жемчужины, на забое которых лежит насос, поверх которого лежит ловильный инструмент (для извлечения насоса), поверх которого лежит инструмент для извлечения ловил
ьного инструмента. При мне в скважину роняли, к примеру, кувалду:)

Чтобы нефть вообще могла поступать в скважину, нужно проделать отверстия в обсадной колонне и цементном кольце за ней, так как они, отделяют коллектор от скважины. Эти отверстия делают с помощью кумулятивных зарядов; они по сути такие же, как, например, противотанковые, только без обтекателя, потому что лететь им никуда не надо. Заряды пробивают не только обсадную колонну и цемент, но и сам пласт горной породы на несколько десятков сантиметров вглубь. Весь процесс называется перфорацией.

Для сокращения трения инструмента, выноса разрушенной породы, предотвращения осыпания стенок скважины и компенсации разницы пластового давления и давления на устье (внизу давление в разы больше) скважина заполнена буровым раствором. Его состав и плотность подбираются в зависимости от характера разреза.
Буровой раствор прокачивается компрессорной станцией и должен постоянно циркулировать в скважине во избежания осыпания стенок скважины, прихвата инструмента (ситуации, когда колонна заблокирована и ее невозможно ни вращать, ни вытащить – это одна из самых распространенных аварий при бурении) и прочего.

Спускаемся с вышки, идем смотреть насосы.

В процессе бурения буровой раствор выносит шлам (разбуренную породу) на поверхность. Анализируя шлам, буровики и геологи могу делать выводы о породах, которые сейчас проходит скважина. Затем раствор нужно очистить от шлама и снова отправить в скважину работать. Для этого оборудована система очистных установок и «амбар», где очищенный хранится шлам (амбар виден на предыдущем фото справа).

Первыми принимают раствор вибросита – они отделяют самые крупные фракции.

Затем раствор проходит ило- (слева) и пескоотделители (справа):

И, наконец, самая мелкая фракция удаляется с помощью центрифуги:

Затем раствор попадает в емкостные блоки, при необходимости восстанавливаются его свойства (плотность, состав и прочее) и оттуда с помощью насоса подается обратно в скважину.
Емкостной блок:

Буровой насос (произведен в РФ!). Красная штука сверху – гидрокомпенсатор, он сглаживает пульсацию раствора за счет противодавления. Обычно на буровых – два насоса: один рабочий, второй резервный на случай поломки.

Все этим насосным хозяйством заведует один человек. Из-за шума оборудования, всю смену он работает в берушах или защитных наушниках.

«А что у буровиков с бытом?» — спросите вы. Этот момент мы тоже не упустили из внимания!
На этой площадке буровики работают, короткими вахтами по 4 дня, т.к. бурение идет практически в черте города, но жилые модули практически ничем не отличаются от тех, что используют, к примеру, в Заполярье (разве что, в лучшую сторону).

Всего на площадке 15 вагончиков.
Часть из них – жилые, в них буровики живут по 4 человека. Вагончики разделены на тамбур с вешалкой, умывальником и шкафов и непосредственно жилую часть.

Кроме того, в отдельные вагончики (на местном сленге – «балки’») выведены баня и кухня-столовая. В последней мы прекрасно позавтракали и обсудили детали работы. Пересказывать не буду, а то вы меня обвините в совсем уж откровенной рекламе, но скажу, что мне немедленно захотелось остаться в Альметьевске… Обратите внимание на цены!

На буровой мы провели около 2,5 часов и я в очередной раз убедился, что таким сложным и опасным делом, как бурение и нефтедобыча в целом могут заниматься только хорошие люди. Еще давным-давно, на Севере, мне объясняли, что плохие люди тут не задерживаются.

Друзья, спасибо, что дочитали до конца. Надеюсь, теперь вы представляете себе процесс бурения скважин немного лучше. Если у вас остались вопросы — задавайте их в комментариях. Я сам или с помощью экспертов — обязательно отвечу!