Выяснить какую-то закономерность, объяснить феномен долгое время не удавалось. Ученые разных стран приложили немало усилий, чтобы решить задачу, заданную природой. И вот внимание геологов в конце концов сосредоточилось на конструкции самой ловушки. Оказалось, что и камни не вечны. Сосуд от старости стал не так уж надежен: микроскопические трещины, образовавшиеся в покрышке, дают части запасов улетучиться. И потери тут не маленькие – лишь одна трещина шириной всего в десятую долю миллиметра при обычном для глубин давлении выпускает из ловушки триста миллионов кубометров газа каждый миллион лет. Так что за прошедшие сотни тысячелетий «сосуд», действительно, мог основательно опустеть.
Но всегда ли нефть и газ уходят из ловушки? Все ли природные чаши имеют дефекты? Ответить на эти вопросы в общем-то означало создать новый метод локального прогноза запасов нефти и газа на том или ином месторождении. Исследования ученых показали: ловушки полностью сохраняют свои запасы лишь в том случае, если толщина промежуточного слоя достаточно велика, но все же меньше высоты всего поднятия, то есть если ловушка все-таки сохраняет свою куполообразность.
Так что теперь на геофизических картах специалисты указывают толщину каждого из трех слоев ловушки. При помощи современной техники это удается сделать с достаточно высокой точностью. Ну а дальше в дело вступает простая арифметика. От высоты купола нужно отнять высоту промежуточной прослойки. В итоге получается число, определяющее размер промышленной залежи.
Новый метод определения прогнозных запасов нефти и газа уже получил практическую проверку на нефтепромыслах. Знание законов геологической арифметики позволило сэкономить многие миллионы рублей, затрачиваемые раньше на напрасно закладываемые скважины.
Разведочное бурение
Да, теперь никто не закладывает скважину наобум, однако, как ни странно, определенная доля риска все-таки остается. Не удивляйтесь: и по сей день при закладке первой скважины немалую роль играет «госпожа Удача», а окончательный приговор всем прогнозам и расчетам выносит «мастер Долото».
То, что мы сейчас называем разведочным бурением, практикуется достаточно давно, хотя до поры до времени корректнее было бы назвать это действие разведочным долблением.
В 20-е годы 19-го столетия во Франции скважины бурили для поиска воды. В 1845 году французский инженер Фовель сделал фундаментально открытие – он нашел способ, как извлекать из скважины раздолбленную породу. «Ларчик открывался просто» - для этого нужно было использовать ту же воду, для поисков которой и проделывались первые скважины.
В конце 50-х годов 19-го века начали бурить нефтяные скважины. Скорость проходки в это время составляла не более метра в сутки, а глубина скважины редко превышала полкилометра.
Лишь в начале 20-го века скважины действительно начали бурить. Пионерами нового способа стали Бакинские промышленники, первыми опробовавшие роторное бурение. При вращении долота в скважине порода крошилась, истиралась, и ее обломки поднимали наверх при помощи водных растворов. Скорость проходки возросла до 400-500 метров в сутки! Скважины стали в 3-4 раза глубже.
Современные скважины бурят с учетом опыта всех предшественников. Порода разрушается буровым долотом, которое присоединено к бурильным трубам. По мере бурения долото изнашивается и его необходимо заменять. Это очень трудоемкая операция, ведь для смены долота нужно поднять всю колонну бурильных труб, снять изношенное долото, накрутить новое и снова произвести спуск всей колонны. Диаметр долота больше диаметра бурильных труб и после того, как долото проходит пласт породы, остается пространство между бурильной трубой и пробуренной породой. Буровой раствор с помощью мощных насосов подают в бурильные трубы, он опускается вниз, а потом поднимается вверх по затрубному пространству, т.е. пространству между бурильными трубами и пробуренной породой. Вверху буровой раствор очищается от выбуренной породы (шлама) и снова закачивается в скважину. Ротор – специальное устройство, которое на поверхности приводит во вращение бурильные трубы, которые в свою очередь придают вращательное движение долоту.
Сам по себе роторный инструмент весьма громоздкий и требует частой смены. Все это, конечно, сдерживало развитие роторного бурения. Действительно, куда это годилось, если при глубине скважины в 4 километра колонна бурильных труб, на которое насаживалось долото, весила уже более 200 тонн! Большая часть энергии тратилась уже не на углубление скважины, а на вращение самих труб.
В 1922 году советский инженер М.А.Капелюшников предложил новый оригинальный метод бурения – турбинный. Двигатель, вращавший долото, был опущен на дно скважины. Таким образом отпала необходимость во вращении всех колонны труб, а это, естественно, способствовало большей экономии энергии.
В дальнейшем метод турбинного бурения неоднократно усовершенствовался. Современный турбобур – это сложнейшая машина, длинной около 10 метров. Каждая ступень турбобура – всего их может быть около сотни – имеет два диска с профилированными лопатками. Один из дисков - статор - неподвижно закреплен в корпусе турбобура. Второй - ротор - вращается. А приводит турбобур во вращение буровой раствор, который под давлением нагнетается в скважину для вымывания остатков разбуренной породы и обтекает при этом роторные лопатки.
Каждая секция турбобура развивает относительно небольшое усилие. Однако их много, и суммарная мощность оказывается достаточной, чтобы пробурить и самую твердую породу.
В последние годы получили распространение и электрические турбобуры. Они приводятся в действие специальными электромоторами малого диаметра, опять-таки помещаемыми в нижнем конце колонны. Энергия подводится к двигателю по специальному кабелю, расположенному внутри бурильной трубы. Такой способ позволяет развивать на долоте значительные усилия, легко поддается автоматизации.
По существу, современная буровая установка представляет собой небольшое промышленное предприятие. Здесь есть и своя силовая подстанция, и установка для получения бурового раствора, и сама буровая вышка, на которой монтируются мощные лебедки, и другое оборудование, необходимое для спуска и подъема бурильных и обсадных труб.
Особое внимание при бурении уделяют буровому раствору. Он должен выполнять несколько задач. О некоторых мы уже говорили: поднимать на поверхность обломки выбуренной породы, приводить во вращение турбобур. Также буровой раствор охлаждает долото, которое при трении значительно нагревается. Почему в современном бурении в качестве бурового раствора не используют простую воду, как это делали раньше? Оказывается, что вода не очень удачно вписывается в эту роль. Да, вода действительно может выносить выбуренную породу. Но что произойдет, если вдруг процесс бурения неожиданно остановится? Такое вполне может произойти, хотя это нежелательное явление на буровой. В этом случае вся выбуренная порода, которая находится в воде, и которая уже направлялась наверх, начнет оседать вниз и через некоторое время с определенной глубины засыплет межтрубное пространство, по сути, похоронив на всегда долото, турбобур и, возможно, бурильную колонну. А это очень дорогостоящий инструмент. В настоящий момент есть долота, стоимость которых превышает полмиллиона рублей (2005 год). А стоимость колонны бурильных труб может превышать десять миллионов рублей. Для того, что бы такое не происходило применяют не воду, а специальный буровой раствор. Чаще всего глинистый раствор на основе глинопорошка. Такой раствор не дает оседать выбуренной породе, и при возобновлении бурения снова продолжить подъем шлама на поверхность.