Задача обнаружения новых месторождений нефти и газа на практике сводится к поискам возможных ловушек углеводородов. До сих пор нет методик, аппаратуры и механизмов, которые могли бы безошибочно обнаруживать подземные площади, где имеются нефтяные или газовые месторождения. Поэтому геологи и геофизики ищут места, где имеются либо структурные, либо стратиграфические условия, благоприятные для аккумуляции углеводородов; эти участки затем опробуются на наличие нефти и газа бурением скважин.

Геологические методы включают исследования на поверхности и в глубинах земли. Поверхностные исследования используют только там, где покров почв и четвертичных отложений достаточно тонкий и имеются многочисленные обнажения коренных пород. Геолог измеряет мощности разрезов обнаженных пород, строит карты геологических формаций, определяет структуру залегания путем наблюдения падений и простираний пластов в тех местах, где рельеф имеет значительную амплитуду. В случае относительно ровного залегания и плоского рельефа используется метод инструментальной съемки с помощью мензулы и алидады. Могут быть использованы аэрофотоснимки. Многие нефтяные месторождения были открыты при разбуривании антиклиналей, обнаруженных в результате поверхностной геологической съемки. В случае перекрытия коренных пород мощным чехлом четвертичных почв, аллювия ледниковых отложений и др. проводится структурное бурение. Вскрывая скважинами реперные пласты, геологи устанавливают структурный план коренных глубоко залегающих пород.

При поиске нефти на значительных глубинах широко используются геофизические методы (рис. 2, 3) – гравиметрический, магнитометрический и сейсмический; последний наиболее важен и результативен.

(57.74 Кб) (84.18 Кб)

Используя эти методы, можно в лабораторных условиях изучать данные геофизических исследований погребенных отложений, скважин, образцов шлама и керна. Эти данные позволяют строить структурные карты глубоко залегающих горизонтов, геологические карты разных типов, карты изопахит (мощностей отложений), профильные разрезы. Собранная и обобщенная информация, полученная разными методами, используется для выявления недоступных ранее структурных и стратиграфических ловушек. Для определения следов углеводородов проводятся геохимические анализы пород и вод. По содержаниям органического вещества и углеводородов могут быть выявлены нефтегазоматеринские отложения.

После того как геолог-нефтяник обнаружит район, благоприятный для скопления нефти или газа, на этом месте начинается бурение нефтяных скважин. Так, в США ежегодно бурится более 2 млн. скважин, из которых примерно четверть оказываются продуктивными.

Основные условия бурения. Бурение должно обеспечивать разрушение горных пород тех отложений, через которые проходит скважина, и вынос раздробленных частиц породы на поверхность; при этом необходимо контролировать высокий напор флюидов (воды, нефти и газа), которые могут неожиданно встретиться в проходимых скважиной пластах, а также обеспечивать поддержку стенок скважины, чтобы они не обваливались и не образовывали каверн. Конечно, оборудование должно обеспечивать бурение скважин требуемого диаметра на любой необходимой глубине. Часто скважины бурятся на глубинах более 7500 м. (Сверхглубинная скважина на Кольском полуострове, заложенная с чисто научными целями, к 2000 достигла глубины 12 500 м. Аналогичная по назначению скважина в южной части ФРГ пробурена до глубины ок. 10 000 м. Продуктивная газовая скважина в Австрии имеет глубину 8553 м, в шт. Оклахома в США – 9583 м. Начальный диаметр скважины может достигать 90 см, но обычно в зависимости от условий он составляет от 25 до 70 см. Диаметр скважины обычно уменьшается с глубиной и у забоя иногда составляет 8 см, но чаще находится в пределах 10–20 см.

Классификация методов бурения. Все методы бурения могут быть подразделены на ударное и вращательное бурение. Установка ударного бурения бурит скважину путем возвратно-поступательного движения (падения и подъема) тяжелой колонны труб бурового инструмента; эти удары крошат породу, а раздробленные частицы породы поднимаются и выносятся из скважины в виде водной суспензии. При вращательном (роторном) бурении проходка горных пород осуществляется тяжелой вращающейся буровой колонной; срезанные у дна (забоя) скважины обломки породы непрерывно поднимаются на поверхность рабочей жидкостью, циркулирующей в скважине под давлением (рис. 4).

(105.55 Кб)

Под действием веса тяжелой буровой колонны, которая давит на долото, и ее вращения долото разрушает породы и углубляется в них. При этом бурильщик медленно опускает буровую колонну, постепенно отпуская подъемный трос с барабана лебети. При бурении многое зависит от поддержания правильного давления на долото и скорости вращения буровой колонны. Употребляется несколько разных типов буровых долот; одни используются для бурения мягких пород, другие – при проходке более твердых пород. Специальный инструмент предназначается для отбора образцов пород (керна) на забое или из стенок скважины. Скорость проходки при роторном бурении изменяется в широких пределах в зависимости от характера разбуриваемых пород, глубины скважины, качества оборудования и мастерства бурильщика. В плотных известняках или хорошо сцементированных песчаниках скорость проходки не превосходит 30 см/ч, а в мягких отложениях может достигать 24 м/ч. Когда долото снашивается, буровую колонну развинчивают в «свечи» длиной 25–40 м, а после смены изношенного долота свечи вновь соединяют и опускают в скважину.

Эффективность глубокого роторного бурения зависит от поддержания подходящей вязкости и плотности бурового раствора. Этот раствор не только поднимает к поверхности частицы разбуренной породы (шлам), но также выполняет роль смазки и охлаждения колонны буровых труб и долота; он же образует глинистую корку на стенках скважины, которая изолирует пористые пласты от проникновения в них бурового раствора. Иногда вместо водного бурового раствора используется раствор на нефтяной основе. Для получения и стабилизации необходимых физических свойств буровых растворов часто используются различные химические реагенты и добавки, такие, как тонкоперетертые порошки тяжелых минералов (обычно барита) и тонкодисперсные коллоидные глины.

Важной разновидностью вращательного бурения является бурение с помощью турбобура. При роторном бурении приводной двигатель находится на поверхности земли и с помощью ротора приводит во вращение всю колонну труб с долотом на забое. При турбинном бурении двигатель турбобура с буровым долотом крепится к низу колонны труб. В буровую колонну закачивается буровой раствор, который приводит в движение турбину и тем самым вращает долото. Поднимающийся к поверхности в затрубном пространстве (между стенками скважины и буровой колонной) буровой раствор, как и при роторном бурении, выносит из скважины шлам и играет роль смазки. В разных горно-геологических условиях и при разных глубинах применяются те или иные виды вращательного бурения и их комбинации.

назад   дальше