Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Трудно установить, в каком тысячелетии до нашей эры чело­век впервые стал использовать нефть, но очевидно, что это про-, изошло в очень древние времена. Сначала нефть использовалась как лечебное средство при самых разных болезнях (проказа, вос­паление глаз и др.).

Большое значение в древности нефть имела и в качестве осве­тительного материала. При рабовладельческом строе область при­менения нефти и естественного битума значительно расширилась. Их использовали уже не только как лечебное средство и освети­тельный материал, но и как строительный материал. При соору­жении стен битум широко употреблялся в смеси с обожженным кирпичом и галькой.

Расширение сферы применения нефти в эпоху рабовладель­ческого строя вызвало усовершенствование техники ее добычи. Используемый ранее способ собирания нефти в местах ее выхо­да на поверхность земли уже не мог обеспечить потребность в ней. Возник ямный (или копаночный) способ добычи нефти. Копанки представляли собой неглубокие ямы (до 2 м глубиной), в которые вставлялся плетень для предохранения стенок от обва­ла. На дне копанки скапливалась нефть, просачивавшаяся через почву. Нефть из копанок вычерпывалась периодически, по мере ее накопления.

Великие географические открытия и расцвет торговых отно­шений при феодальном строе способствовали значительному ро­сту ряда отраслей промышленности, в том числе и нефтяной. Уве­личившийся спрос на нефть привел к разработке новой техники ее добычи. Старый ямный (копаночный) способ уже не мог обес­печить потребности общества в нефти. Появился более совершен­ный — колодезный способ добычи нефти. Колодезный способ до­бычи нефти был совершеннее и выгоднее я много (копаночного), так как позволял эксплуатировать более глубокие продуктивные пласты и увеличивать добычу нефти.

Отмена крепостного права устранила большие препятствия на пути промышленного развития феодально-крепостнической Рос­сии. Значительно возросла в этот период роль нефтяной промыш­ленности в общем индустриальном развитии страны. Для заводов, фабрик, железнодорожного и водного транспорта было необхо­димо топливо и, в первую очередь, уголь и нефть. Колодезный способ теперь уже не мог удовлетворить потребности общества с новым хозяйственным и политическим укладом. Нужен был более совершенный метод разрушения горных пород, а вместе с ним и новый способ вычерпывания нефти на поверхность земли. Таким методом явилось бурение скважин.

Считается, что первую коммерческую нефтяную скважину в 1859 г. в штате Пенсильвания (США) пробурил Дрейк. В 1864 г. на Кубани в долине р. Кудако буровой мастер Н. А. Новосильцев на­чат бурить первую нефтяную скважину с применением механи­ческого ударного бурения. Полученный им в 1866 г. с глубины 55 м фонтан нефти с дебитом около 200 т/сут принес славу этому неф­теносному району, а механический способ бурения получил при­знание. Принято считать 1864 г. годом рождения отечественной нефтяной промышленности.

Способ бурения на железных штангах при помощи свободно падающего инструмента (ударно-штанговый) получил широкое распространение на нефтяных промыслах Азербайджана. Ударно­канатный способ бурения получил распространение в Грознен­ском нефтяном районе.

Переход от ручного способа бурения скважин к механическо­му привел к необходимости решения ряда вопросов механизации буровых работ. Крупный вклад в это дело внесли русские горные инженеры Г. Д. Романовский (1825— 1906) и С. Г. Войслав (1850 — •904). По мере ивеличения глубины нефтяных скважин, которая к

1900 г. достигла примерно 300 м, все более ощутимыми станови­лись недостатки ударного способа бурения. Бурение более глубо­ких нефтяных пластов потребовало совершенствования техники бурения скважин.

При ударном бурении долото делало от 26 до 40 падений в минуту и через каждые 2 ч надо было поднимать бурильный инст­румент для очистки забоя от разрушенной породы. Стенки сква­жины разрушались, поэтому приходилось крепить их 12… 14 ко­лоннами. На это расходовали огромное количество металла — бо­лее 0,5 т на каждый метр проходки. Скорость же проходки при ударном бурении была очень незначительной. В дореволюционное время (до 1917 г.) в штанговом бурении скорость проходки со­ставляла не более 34,6 м/станок-мес при средней глубине сква­жин 300…400 м, а в Грозненском нефтяном районе она достигала 90 м/станок-мес при средней глубине скважин 600 м.

На смену ударному способу пришло вращательное бурение, в результате чего были устранены указанные недостатки. При вращательном бурении одновременно производятся и проходка скважин, и вынос на поверхность разбуренной породы при помощи бурового раствора (вынос выбуренной породы цирку­лирующим потоком воды изобрел в 1848 г. французский инже­нер Фовелль).

С 1901 г., когда впервые в США было применено роторное бурение с промывкой забоя циркулирующим потоком жидко-к сти, начался период развития и совершенствования вращатель­ного способа бурения. В России роторным способом первая сква­жина глубиной 345 м была пробурена в 1902 г. в Грозненском нефтяном районе.

Одной из труднейших проблем, возникавших при бурении сква­жин, особенно роторном способе, была проблема герметизации затрубного пространства между обсадными трубами и стенкамш скважины. Решил эту проблему русский инженер А. А. Богушевс — кий, запатентовавший в 1906 г. способ закачки цементного ра­створа в обсадную колонну с последующим вытеснением его че­рез низ (башмак) обсадной колонны в затрубное пространство; Способ А. А. Богушевского получил быстрое распространение не только в России, но и за рубежом. Однако это не помешало аме­риканскому инженеру Перкинсу в 1918 г. взять патент на способ цементирования скважин, повторяющий изобретение инженера A. A. Богушевского.

Наряду с успешным решением практических задач техники бурения отечественные ученые и инженеры много внимания уде­ляли вопросам разработки теории. Большую роль в развитии неф­тяной техники сыграл «Горный журнал», издававшийся с 1825 г. В журнале печатались работы крупнейших специалистов-нефтя — ников того времени: Романовского, Гулишамбарова, Васильева,,

Соколовского, Тиме, Питерского и др. С 1899 г. в г. Баку начал издаваться журнал «Нефтяное дело».

В 1904— 1911 гг, вышел в свет четырехтомный классический труд одного из крупнейших русских горных инженеров И. Н. Глушкова «Руководство к бурению скважин», который долгое время был настольной книгой всех нефтяников.

В годы Первой мировой и последующей за ней Гражданской войн русская нефтяная промышленность пришла в состояние упад­ка. Восстановление нефтяной промышленности началось сразу пос­ле освобождения нефтяных районов от интервентов и белогвар­дейцев.

С 1924 г. в нефтяной промышленности СССР началась техни­ческая реконструкция бурения скважин. Важнейшими путями этой реконструкции были следующие:

• замена ударного бурения вращательным;

. использование вместо паровой энергии электрической — на­иболее дешевой и менее трудоемкой.

В годы довоенных пятилеток нефтяная и газовая промышлен­ность развивалась форсированными темпами. С 1928 по 1940 г. до­быча нефти возросла с И 625 тыс. до 31 121 тыс. т, а проходка нефтяных и газовых скважин с 362 тыс. до 1 947 тыс. м.

В годы Великой Отечественной войны буровики-нефтяники проявили образцы героизма в труде, организуя в трудных услови­ях военного времени разведку и добычу нефти и газа в восточных районах страны. Этот период характеризуется увеличением доли проходки в разведочном бурении с 23% от общей проходки в 1940 г. до 42 % в 1945 г., причем доля восточных районов в общей проходке по СССР с 21,8 % в 1940 г. возросла до 52,5 % в 1944 г. и 45% в 1945 г.

Пули развития бурения нефтяных и газовых скважин в СССР во многом определил изобретенный в 1923 г. М. А. Капелюшнико — вым, С. М. Волохом и H. A. Корнеевым гидравлический забойный двигатель — турбобур.

В 1923 г. в Азербайджане была пробурена первая в мире скважи­на с помощью одноступенчатого турбобура, получившего назва­ние «турбобур Капелюшникова». Турбобуры Капелюшникова не нашли широкого применения, так как при одноступенчатой турби­не жидкость протекала по ее лопаткам по скоростью 50…70 м/с. Такая высокая скорость движения жидкости, несущей абразив­ные частицы разбуриваемых пород, приводила к исключительно быстрой сработке лопаток турбины. Кроме того, турбобур Капе­люшникова имел очень небольшую мощность и низкий КПД U9…30 %). Мощность турбобуров Капелюшникова составляла всего

… 11 кВт.

В 1934 г. группа инженеров во главе с П. П. Шумиловым пред — ложила новый турбобур, принципиально отличавшийся от тур-

бобура Капелюши и кова. В этом турбобуре была предусмотрена ■ специально разработанная многоступенчатая турбина. В новом тур­бобуре число ступеней доходило до 100… 150, что позволило уве­личить мощность турбобура и снизить скорость вращения турби­ны до 8,3… 11,7 об/с, тем самым устранив необходимость в ре­дукторе.

Первые опыты бурения многоступенчатым турбобуром, про — ; веденные в 1935— 1936 гг., подтвердили все преимущества новой конструкции. Дальнейшая работа по созданию турбобура для бу­рения скважин в основном проводилась по линии усовершенство — вания конструкции. Эта работа закончилась в 1939— 1940 гг. созда­нием промышленного типа турбобура.

С 1944 г. турбинный способ бурения получил широкое приме — нение в большинстве нефтяных районов. В послевоенные годы тур­бинное бурение стало одним из основных видов бурения в Рос­сийской Федерации и странах СНГ.

Конструкция турбобуров постоянно совершенствуется. Разра­батываются новые типы гидравлических забЪйных двигателей.

В Пермском филиале ВНИИБТ был создан новый тип гидравли­ческой машины — низкооборотный высокомоментный забойный } двигатель для бурения нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин. Работы по созданию винтового много входного двигате­ля проводились под руководством и при непосредственном учас­тии одного из талантливейших конструкторов-нефтяников 1960—

1980-х гг. С. С. Никомарова.

В 1937— 1938 гг. группой инженеров во главе с А. П. Остров — » ским была разработана конструкция забойного двигателя не гид — , равлического типа — электробура. В 1940 г. на нефтяных промыслах Азербайджана были проведены первые испытания, показавшие: целесообразность его применения при бурении скважин. В даль­нейшем конструкция электробура была значительно усовершен­ствована, что позволило успешно использовать его в некоторых районах страны.

Послевоенные годы (после 1946 г.) были отмечены значитель­ным ростом проходки, улучшением конструкций бурового обору­дования и инструмента, увеличением мощности привода буровых установок, дальнейшим усовершенствованием технологии провод-‘ ки скважин и т. д.

Несмотря на то что в настоящее время в Российской Федера­ции более 90 % от всего объема бурения осуществляется забойны-; ми двигателями, потенциальные возможности роторного бурения далеко не исчерпаны, о чем свидетельствует зарубежный опыт.

Вот уже полтора века человечество занимается бурением неф­тяных и газовых скважин. За этот период была достигнута макси — > мальная глубина скважины — более 12 000 м (Российская Федера-‘ ция, Кольская сверхглубокая скважина). Это свидетельствует об

огромных технических трудностях, с которыми приходится стал­киваться по мере углубления в недра Земли. Техника и технология бурения, изложенная в данном справочнике, позволяет достичь глубин 15ООО… 16000 м.

Комментарии запрещены.