Материал: История развития буровых вышек

С ростом количества буровых скважин в Баку увеличивалась добыча нефти. В 1872 г. было добыто 23 тыс. т, в 1875 г. - 81 тыс. т, в 1885 г. - 1,9 млн. т, а в 1901 г. - 11,6 млн. т. В 1901 г. Бакинский район давал 95 % общей добычи нефти в России.

Число нефтеперегонных заводов в Баку также возросло, даже жилые дома стали переделывать под заводы. В качестве топлива на заводах применяли нефть, пользуясь самым примитивным способом сжигания - на поду топки. Город покрылся копотью. Жители задыхались в дыму. Администрация города еще в начале 1873 г. принудила заводчиков вынести их «заводы» на соседнюю с городом территорию, в двух верстах от него. Там с лихорадочной быстротой возник Черный город, в котором уже весной 1873г. насчитывалось 80 заводов. В конце 1870-х гг. число небольших нефтеперегонных заводов в бакинском районе дошло уже до 200. К технически совершенным относились заводы Бакинского нефтяного общества и завод И.М. Мирзоева. Передовой техникой был оснащен и завод братьев Нобель.

В 1878 г. фирмой «Бари, Сытенко и Ко» был построен по проекту В.Г. Шухова первый нефтепровод от Бакинских промыслов до Черного города. В 1879 г. завершилось строительство бакинской промысловой железной дороги. В 1907 г. началась перекачка керосина по первому в мире магистральному трубопроводу Баку - Батуми.

.1.4 Бурение нефтяных скважин в ХIХ в. в других районах России

В Майкопском районе добывалось от 20 до 153 тыс. т нефти в год при мощных фонтанах.

В геологическом отношении Майкопский район обследовали горные инженеры В.И. Винда и А.М. Коншин, но крупное открытие сделал в 1910-1911 гг. И.М. Губкин. Он впервые обнаружил новый тип залежей, названный рукавообразным и приуроченный к дельтам и руслам древних рек.

На Ухтинском нефтяном месторождении в 1868 г. начались буровые работы по инициативе купца М.К. Сидорова (1827-1887). Скважина глубиной 12,2 м была пробурена ручным вращательным способом. При бурении выяснилось, что в твердых горных породах необходимо применить ударный способ. Поэтому, по чертежам архангельского крестьянина А.В. Лебедева в 1872 г., на заводе К.Я. Соколова в Петербурге изготовили долото, штанги и уравнительный винт, с помощью которого опускались по мере углубления скважины прикрепленные к балансиру штанги.

В 1872 г. под руководством А.В. Лебедева производилось бурение сначала вращательным, а затем ударным на непрерывных штангах, свинченных с долотом, а на большой глубине - канатным способом. В сентябре 1872 г. нефтяной промысел посетил австрийский геолог Г. Гефер, который вместе с М.К. Сидоровым осмотрел буровые работы, разбуренные породы и высказал предположение, что Ухтинское месторождение должно быть богато нефтью. Г. Гефер был удивлен, что крестьянин А.В. Лебедев, не обучавшийся ранее горному делу, вел буровые работы, как опытный инженер. Скважину пробурили на глубину 52,9 м, нефти добыли 32 т. Ее вывезли на промышленные выставки, передали в лаборатории для исследования и использовали в качестве топлива на принадлежащем М.К. Сидорову пароходе, который ходил по Печоре.

В 1911-1913 гг. разведочные работы на Ухте проводила экспедиция Горного департамента под руководством горного инженера В.И. Стукачева. Эти работы подтвердили нефтеносность Ухтинского района. Но буровые скважины давали небольшое количество нефти - 300 - 600 кг в сутки.

В Урало-Волжском нефтяном районе впервые бурение на нефть начал в 1865 г. бугульминский помещик Н.Я. Малокиенко. Он пробурил несколько неглубоких шахт, из которых добыл 80 ведер нефти и около 33 т асфальта. Нефть он перерабатывал на небольшом керосиновом заводе. Керосин и асфальт не окупали затрат на их получение, и в 1867 г. предприятие было закрыто.

В 1867 г. муромский купец Ф.И. Смолянинов пробурил две скважины около села Сюкеево. Он намеревался добывать нефть на недалеком расстоянии от своего завода нефтяных смазочных масел в селе Коржавино, первого в истории нефтяного дела.

Первые подробные описания проявлений нефти на берегах р. Белой против села Ишимбаево и в 4 км вверх от него, напротив деревни Нижнее Буранчино, дал геолог В.И. Меллер (1840-1910). В 1896 г. мензелинский городской голова Д.Ф. Дубинин пригласил бурового мастера из Грозного и пробурил пять скважин глубиной от 10 до 72 м около деревень Нижнее Буранчино и Кусяпкулово. В 1900 г. он обратился в Министерство земледелия и государственных имуществ и Геологический комитет с просьбой организовать разведку нефти за казенный счет. Геолог А.А. Краснопольский в своем отчете о поездке в Ишимбаево отметил, что разведывать нефть в этом районе за счет государства не стоит, так как возможна лишь асфальтовая промышленность.

Раздел 3. История развития морского бурения

Морское бурение - разновидность буровых работ, выполняемых на акваториях Мирового океана и внутренних морей с целью поиска, разведки и разработки нефти, газа и других полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий и научных исследований.

Запасы углеводородов на суше представляют лишь малую часть всех запасов, скрытых в недрах земли. Большую часть разведанных запасов составляют запасы, скрытые в акваториях морей и океанов. Поэтому, предположительно еще огромное количество ресурсов предстоит найти. И учитывая актуальность разведки и эксплуатации месторождений углеводородов в наше время, они будут разведаны.

Но в данный момент сделать это не позволяет недостаточный уровень развития технологий. Поэтому данная сфера также толкает вперед и все остальные науки в процессе своего развития.

Морское бурение долгое время развивалось невысокими темпами. Этому способствовали наличие достаточного количества месторождений на суше и простота их разработки и эксплуатации в сравнении с морскими месторождениями. Так, несмотря на то, что первое бурение на море было проведено еще в 1897 году, в нашей стране первая морская скважина была пробурена в 1925 году, в бухте Ильича.

Способов добраться до природных богатств, отдаленных от суши существует несколько - постройка буровой вышки на сваях, забитых на мелководье или «продление» берега. Так, в районе Баку была засыпана Биби-Эйбатская бухта в 1926 году, и на ее месте создан нефтяной промысел. Еще один подобный нереализованный проект был предложен после обнаружения в Северном море больших залежей нефти и газа более полувека назад. Он предполагал постройку двух дамб - через пролив Ла-Манш в районе Дувра и между Данией и Шотландией, - благодаря которым появилась бы возможность откачать воду с огромного участка мелководного Северного моря.

Первая в СССР скважина в открытом море была пробурена в 1949 году в Каспийском море. Там же позже началось строительство города «Нефтяные Камни» на стальных сваях.

Но, несмотря на эту прежнюю неспешность в разработке морских месторождений, с 1950-х годов Объем добычи нефти и газа на морских месторождениях в объеме мировой добычи этих полезных ископаемых постоянно увеличивался. В 1960 г. Он составил -14,7% (103 млн.т), в 1970 г. - 14,7% (343 млн.т), а в 1975 г. - 17% (440 млн.т), сейчас он составляет более 30%. Если в середине 50-х годов подводную разведку на нефть вели лишь пять фирм в четырех странах, то в конце 60-х это было уже несколько сотен фирм в 75 странах мира. К этому времени уже 30 стран осуществляли добычу нефти и газа на морских месторождениях. Было пробурено около 10000 скважин в прибрежных районах при глубине вод до 100 м. И только за вторую половину 60-х годов объем добычи нефти на морских месторождениях вырос в 3,5 раза.

В 70-х годах подводная разведка на нефть и газ значительно активизировалась, особенно в северных морях, что обусловлено в первую очередь возросшими техническими возможностями и большими перспективами нефтегазоносности этих районов. После открытия перспективных месторождений нефти и газа в Северном море, началась разведка в других районах шельфа Европейского континента. Большие надежды возлагались на Индийский океан, считалось, что рядом с северо-западным побережьем Австралии залегает одно из крупнейших в мире месторождений природного газа.

Для добычи нефти и газа на морском месторождении обычно используют несколько объектов. В них входят:

буровые платформы, с которых бурят скважины;

трубопроводы, связывающие скважину и сушу;

наземные объекты для переработки и хранения нефти.

Часто месторождения располагаются недалеко от берега, на так называемом шельфе. Шельф - это расположенная под водой часть материка, ограниченная берегом с одной стороны и бровкой - четкая линия вдоль которой глубина вод резко увеличивается - с другой. Глубина вод над бровкой варьируется в довольно широком диапазоне - от 100 метров до полутора километров, как, например, на юге Охотского моря.

Способ бурения, как правило, выбирают в первую очередь в зависимости от глубины (рисунок - 10). На небольшой глубине часто сооружают небольшие укрепленные строения, базируясь на которых, и бурят морское дно. Таким образом, нефть добывалась на Каспийских месторождениях. Но использование этого способа довольно рискованно в холодных водах. Существует шанс столкновения плавающих льдов с сооружением, что может привести к серьезным повреждениям. Подобный случай произошел в 1953 году, тогда ледяной массив уничтожил половину всех нефтедобывающих скважин в Каспийском море.

Реже применяется ныне неактуальная технология осушения прибрежной зоны. Суть способа состоит в окружении определенного небольшого участка дамбами и последующей откачке воды из этого участка.

Можно бурить скважину прямо с берега, если месторождение находится недалеко от него. Подобная скважина была пробурена в феврале 2008 года корпорацией Exxon Mobil в районе о. Сахалин. Протяженность ствола скважины составила 11680 м. Бурение проводили сначала вертикально, а затем горизонтально, в направлении месторождения.

Рисунок 10 - Технологии, применяемы при бурении на разных глубинах

.1 Типы морских буровых установок

При больших глубинах вод применяют более сложные технологии бурения. При глубине до 40 метров применяют стационарные буровые платформы, если глубина достигает 80 метров, используют плавучие буровые установки (ПБУ) с опорами. При глубинах моря от 80 до 300 м бурят с ПБУ, которые стабилизируются якорной системой, удерживающей судно над устьем скважины при любых силе и направлении ветра и морского течения. При глубинах моря более 250-300 метров, когда якорная система стабилизации ПБУ неприемлема, применяют динамическую систему стабилизации ПБУ.

Система динамической стабилизации ПБУ не обеспечивает неподвижность ПБУ, но ограничивает его дрейф от скважины в радиусе, при котором изгиб бурильной колонны не вызывает появления опасных напряжений для ее прочности. При больших глубинах используют уже буровые суда. Рекорд бурения в глубоких водах был установлен компанией Transocean и ChevronTexaco на судне Discoverer Deel Seas в 2004 году, когда было начато бурение в Мексиканском заливе при глубине моря 3053 метра.

Северные моря отличаются сложными условиями, поэтому там чаще используются стационарные буровые платформы, удерживающиеся под водой благодаря тяжелым основаниям. К основаниям крепятся плавающие столбы, в которых можно хранить добытые ресурсы или оборудование. Эту конструкцию буксируют к месту использования и затапливают, а потом надстраивают остальную часть.

На современных платформах можно перемещать буровые установки для бурения максимального количества скважин с минимальными затратами. Задача инженеров при проектировании состоит в размещении максимального количества высокотехнологичного оборудования на минимальной площади. Для того чтобы избежать влияния различных природных условий, таких как морозы, льды или волны, буровое оборудование можно устанавливать прямо на дне.

.2 Технологии бурения скважин на акваториях и типы буровых установок

Рассмотрим подробнее технологии бурения скважин на акваториях и типы буровых установок.

Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях:

. с морских стационарных платформ;

. с гравитационных морских стационарных платформ;

. самоподъемных буровых установок;

. полупогружных буровых установок;

. буровых судов.

Морская стационарная платформа стоит на дне, и верхняя ее часть находится над уровнем воды (рисунок - 11). После завершения работ морская стационарная платформа остается на месте сооружения. Поэтому в ее конструкции предусмотрена водоотделяющая колонна, которая изолирует скважину от воды и соединяет устье с МСП. Устьевое оборудование монтируется также на МСП. Сооружение буксируют к месту постройки будущей скважины 4-5 буксиров. В хорошую погоду средняя скорость буксировки составляет 1,5-2,0 уз/час.

Рисунок 11 - Схемы МСП:

а - четырехблочная МСП; 1 - опорный блок; 2 -верхнее строение; 3 - подвышенные конструкции; 4 - буровая вышка; 5 - причально-посадочное устройство; 6 - водоотделяющая колонна (обсадная); 7 - свайный фундамент; б - двухблочная МСП; 1- опорный блок; 2 - верхнее строение; 3 - причально-посадочное устройство; 4 - буровая вышка; 5 - водоотделяющая колонна; 6 - свайный фундамент; в - моноблочная МСП; 1 - опорный блок; 2 - верхнее строение, модули; 3 - буровая вышка; 4 - водоотделяющая колонна; 5 - свайный фундамент; 6 - причально-посадочное устройство

Гравитационная морская буровая платформа строится в глубоководных заливах и буксируется до точки эксплуатации. Она предназначена так же и для добычи и хранения нефти и отправки ее танкерами до мест переработки, как и для бурения скважин. На дне платформа удерживается благодаря большой собственной массе, поэтому никакие дополнительные устройства не нужны.

Когда месторождение разработано, все скважины консервируют, устройства отсоединяют от устья скважины, платформу отрывают от морского дна и буксирую до новой точки эксплуатации. Это - огромный плюс в сравнении с МСП, остающейся на месте разработке месторождения навсегда.

Рисунок 12 - Общая схема СПБУ

Полупогружная плавучая буровая установка доставляется на место бурения буксирными судами и удерживается якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. На месте понтоны, соединенные с корпусом стабилизирующими колоннами, заполняются необходимым количеством воды для затопления установки на расчетную глубину (рисунок - 13). Таким образом, снижается влияние волн на установку. Отсутствие жестокого крепления ко дну и, как следствие, подверженность качке делают использование водоотделяющей колонны невозможным. Поэтому для связывания устья с ППБУ используют телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения.

Когда скважина построена и готова к эксплуатации, ППБУ снимают с якорей и буксируют на новое место.

Рисунок 13 - Общая схема ППБУ

Буровое судно - наиболее мобильная буровая установка, позволяющая проводить бурение в наиболее глубоководных местах (рис. 14). БС включает в себя все необходимое буровое и вспомогательное оборудование и необходимый запас расходных материалов.

На точку бурение судно идет своим ходом, развивая скорость до 13 узлов в час. Для удержания над точкой бурения используют динамическую систему позиционирования. Она состоит из пяти подруливающих винтов и двух ходовых, постоянно находящихся в работе.

Превенторное оборудование крепится к морскому дну, когда БС уже зафиксировано на точке бурения. Оно соединено с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации смещений судна в процессе бурения.