Покорители земных недр

Какие трудности возникают при бурении

На поисковой и разведочной стадиях, как правило, отбуривают наклонные скважины, и основная сложность при бурении состоит в том, что стволы всех этих скважин так или иначе искривляются, уходят or заданного направления. Геометрически ровных и прямолинейных стволов не существует. Причину искривлений объяснить нетрудно: породы земной коры имеют различные плотность, пористость, твердость и рассечены многочисленными трещинами, а буровая коронка старается идти по пути наименьшего сопротивления, по ослабленным зонам. В слоистых толщах она стремится занять положение, перпендикулярное к слоистости либо к напластованиям.

Но все это геологические предпосылки, а основная причина искривления скважин заключается в конструкции бурового снаряда и породоразрушающего инструмента. Несмотря на кажущуюся жесткость бурильной колонны (как-никак стальные трубы), она имеет столь большое отношение общей длины (измеряемой сотнями метров) к диаметру (обычно 50–54 мм), что при работе, тем более под нагрузкой, колонна изгибается подобно тонкому прутику. Однако даже сильное искривление отнюдь не препятствует вращению инструмента, разве что несколько увеличивается трение труб о стенки скважины в точках перегиба. В результате скважина может «выположиться», а может и «выкрутиться» (рис. 30).

Она может и вообще пойти «штопором». Буровики рассказывают, что бывали случаи, правда из числа курьезных, когда скважина в горной местности, сильно изогнувшись, выходила даже па поверхность в сотнях метров от своего устья.

Так что каждая скважина очень своенравна, и предугадать, куда она пойдет в тот или иной момент, на практике весьма трудно. И точных расчетных закономерностей тоже пока не установлено.

Выход из этого один — непосредственно в процессе бурения «вести» скважину в заданном направлении. Для этого надо прежде всего знать, как именно она ведет себя на глубине, куда ушла, как изогнулась. Залезать в скважину пока что не научились, подземная фотосъемка тоже не помогает. Впрочем, измерить углы наклона и азимут (направление) сейчас совсем несложно. Для этого существует специальный геофизический прибор — инклинометр, который передает на поверхность электрические импульсы от миниатюрного компаса и отвеса, опускаемых в специальной гильзе в скважину. По серии измерений на разных глубинах отстраивают фактическую траекторию скважины. Только делать это надо очень оперативно, чтобы при малейшем отклонении от трассы успеть своевременно принять надлежащие меры.

Для борьбы с искривлениями существует множество способов. В частности, если скважина выполаживается, то «ужесточают» снаряд — добавляют к нему жесткие или массивные трубы; если же она выкручивается, то, наоборот, уменьшают жесткость системы. Небольших отклонений в нужном направлении можно добиться регулированием основных параметров бурения: частоты вращения или нагрузки на буровой снаряд.

Искусство бурильщика в том и состоит, чтобы простейшими способами, с минимальным набором имеющихся в его распоряжении средств провести скважину в заданном направлении. Опытный мастер может, например, на километровой глубине попасть скважиной в нужную точку с отклонением не более 10 м. Сделать это далеко не просто.

При сильных и неожиданных искривлениях применяют уже специальные приспособления, в частности, опускают в скважину отклоняющий клин. Конструкция клина элементарно простая. Однако высокой точности с ним получить невозможно, к тому же в любой момент он может провернуться вокруг своей оси, тогда все труды насмарку — забуривай новую скважину.

В последнее время для отклонения скважин созданы особые устройства, так называемые «бесклиновые отклонители». Это, в сущности, специальная приставка к буровому снаряду. Под давлением (т. е. при обычной нагрузке на породоразрушающий инструмент) из его корпуса выступают плашки, которые упираются в стенку скважины и с силой отклоняют буровой снаряд с коронкой в нужную сторону. С появлением такого устройства скважины стали легкоуправляемыми, и хотя буровики говорят, что «скважина — не автомобиль, — сразу не повернешь», но изменять ее направление оказалось возможным на любой глубине и притом довольно существенно. А раз научились отклонять скважину, то, значит, можно извлекать из этого пользу.

Представьте себе ситуацию: необходимо разведать нефтяную залежь под застроенной территорией (рис. 31). Другой случай — небольшое, но богатое месторождение находится на значительной глубине.

Задача — пересечь его скважинами через короткие интервалы, скажем через 20 м. Раньше это делалось так, как показано на рис. 32, а. А теперь? Бурим один основной ствол. Потом с помощью отклонителя на различной (по строго расчетной) глубине отклоняемся от него и отбуриваем серию дополнительных стволов (рис. 32,6). Вся разведка проводится с одной точки, без переездов и без демонтажа оборудования.

В итоге получаем двойную (как минимум) экономию: в объемах бурения, в сроках проведения работ, в расходе истирающих и других материалов и соответственно в общей стоимости разведки. Все это без ущерба для поставленной геологической задачи. Особо опытные мастера добиваются еще большей экономии. Они могут отвести новый ствол не из основного, а из дополнительного, потом из него еще один… Хотя бы так, как на рис. 32, в. Правда, столь филигранная работа доступна лишь истинным профессионалам, настоящим знатокам своего дела.

Точное проведение скважин, направленные искривления — отнюдь не единственная сложность в работе бурильщиков. Всяческих осложнений существует великое множество, почти все они создают аварийные ситуации, для ликвидации которых от бурильщика требуются быстрая реакция и хорошая смекалка, но главное — опыт и знания. Аварии[7] при бурении неизбежны, возникают они постоянно и. являются, хоть и не планируемой, но обыденное, чуть ли не закономерной частью производственного процесса.

Особенно неприятны геологические осложнения. Природа на сюрпризы никогда не скупится, и естественно, что далеко не однородные породы, пересекаемые скважиной, могут преподнести любые неожиданности. К примеру, на пути скважины вдруг возникает полость, каверна либо открытая трещина. Коронка начинает биться о стенки этой трещины, и весь станок трясет как в лихорадке. Надо очень быстро убрать нагрузку, иначе буровой снаряд может намертво заклиниться на забое. Бурение при этом замедляется, хлопот бурильщику добавляется, но ничего не поделаешь — осложнение.

Из технических аварий чаще всего происходит обрыв колонны бурильных труб. При тех скручивающих усилиях, которые создаются в процессе бурения, стальные трубы рвутся, если их не контролировать, довольно часто. Тут уж приходится действовать очень оперативно, ибо при обрыве прежде всего нарушается циркуляционная система и шлам, поднимаемый восходящей струей, сразу начинает оседать вниз, на забой. За короткий промежуток времени надо поднять верхнюю часть колонны, поставить на нее ловильный наконечник (обычно применяют либо метчик, либо колокол, которые способны быстро сделать свежую резьбу на гладкой трубе в месте ее обрыва и тут же одновременно навинтить самих себя на нее, снова опустить колонку на сотни метров, нащупать там, «поймать», оборванный конец труб, вцепиться в него и тащить… Задача далеко не из простых. Однако для бурильщика операция по нащупыванию обрыва и вылавливанию труб привычна и потому особых проблем не составляет.

Но не будем останавливаться на всевозможных осложнениях в скважинах. Перечислить их невозможно. Заметим главное: работа бурильщика однообразием отнюдь не отличается. Что ни смена, то головоломка, а чем она сложнее, тем интереснее ее разрешить и тем больше удовлетворения от собственной работы. Здесь постоянно приходится думать, решать, экспериментировать, действовать.

Но дело не только в авариях и осложнениях. Даже обычное, повседневное бурение — это ведь не монотонно стандартизованный труд, не конвейер и не поточная линия. Это труд творческий. Основные процессы при бурении невидимы, скрыты от глаз, и потому бурильщику кроме знаний и практических навыков необходимо иметь богатую фантазию и топкую интуицию — основанный на опыте дар предвидения. А все это — умение плюс фантазия и интуиция — и есть творчество.

И вообще, бурильщик в чем-то подобен врачу — терапевту либо хирургу. И бурильщику и врачу приходится ставить диагноз «вслепую», на слух, на ощупь, по ряду «жалоб» и косвенных признаков. Сопоставив все данные и уяснив для себя характер «недуга», они принимают необходимые меры. Правда, бурильщик, в отличие от хирурга, ко всему прочему и сложнейшие операции вынужден делать тоже «вслепую», опять-таки на слух, на ощупь, имея перед глазами только показания приборов и датчиков. Такова уж особенность его работы.

А каковы условия жизни бурильщика? Где он живет и как трудится? Кто входит в состав бригады и каковы взаимоотношения в ней? Исчерпывающе ответить на эти вопросы применительно ко всем случаям невозможно. Насколько разнообразны виды и способы бурения, настолько многообразны и условия жизни буровиков.

Мы уже говорили, что бурильщик может жить и в крупном городе, и в маленьком поселке, и в благоустроенной квартире, и в палатке либо в передвижном домике — «балке». Если он исследует дорожную трассу, то работает на пару с шофером или с трактористом; если отбуривает глубокую нефтяную скважину, то трудится в огромном коллективе с заводским укладом жизни. Все зависит от того, где именно и для каких целей проводятся работы.

Поэтому мы рассмотрим особенности работы буровиков только в самой распространенной отрасли — в поисково-разведочной геологии. Где и как работают буровики и -