Разведка и добыча

Разведка и добыча нефти

Знакомый силуэт станка-качалки стал своеобразным символом нефтедобывающей отрасли. Но до того, как наступает его черед, геологи и нефтяники проходят долгий и трудный путь. А начинается он с разведки месторождений.

В природе нефть располагается в пористых породах, в которых жидкость может накапливаться и перемещаться. Такие породы называют коллекторами. Важнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты и трещиноватые породы. Но чтобы образовалась залежь, необходимо присутствие так называемых покрышек – непроницаемых пород, которые препятствуют миграции. Обычно пласт-коллектор расположен под уклоном, поэтому нефть и газ просачиваются вверх. Если их выходу на поверхность мешают складки породы и другие препятствия, образуются ловушки.  Верхнюю часть ловушки иногда занимает слой газа – «газовая шапка».

Таким образом, чтобы обнаружить месторождение нефти, необходимо найти возможные ловушки, в которых она могла скопиться. Сначала потенциально нефтеносный район исследовали визуально, научившись выявлять присутствие нефтяных залежей по многим косвенным признакам. Однако чтобы поиски были максимально успешными, необходимо уметь «видеть под землей». Это стало возможным благодаря геофизическим методам исследования. Наиболее эффективным инструментом оказался сейсмограф, который был предназначен для регистрации землетрясений. Его способность улавливать механические колебания пригодилась в геологоразведочном деле. Колебания от взрывов динамитных снарядов преломляются подземными структурами, и, регистрируя их, можно определить расположение и форму подземных пластов.

Конечно, важным методом исследования является опорное бурение. Керн, полученный из глубоких скважин, тщательно изучается по слоям геофизическими, геохимическими, гидрогеологическими и другими методами. Для такого вида исследований бурятся скважины глубиной до 7 километров.

По мере развития технологий в арсенал геологов добавлялись новые методы. Аэрофотосъемка и космическая съемка обеспечивает более широкий обзор поверхности. Анализ ископаемых остатков с различных глубин помогает точнее определить тип и возраст осадочных пород.

Основная тенденция современной геологоразведки – минимальное воздействие на окружающую среду. Как можно большую роль стараются отводить теоретическим предсказаниям и пассивному моделированию. По косвенным признакам сегодня можно проследить всю «кухню нефти» – где она зарождалась, как двигалась, где находится в настоящее время. Новые методы позволяют бурить как можно меньше поисковых скважин, одновременно повышая точность прогнозов.

Итак, месторождение найдено, и решено начать его разработку. Бурение нефтяных скважин – это процесс, в ходе которого разрушаются горные породы, и раздробленные частицы выносятся на поверхность. Оно может быть ударным или вращательным. При ударном бурении породу крошат тяжелыми ударами бурового инструмента, и раздробленные частицы выносятся из скважины водным раствором. При вращательном бурении срезанные обломки породы поднимаются на поверхность с помощью рабочей жидкости, циркулирующей в скважине. Тяжелая буровая колонна, вращаясь, давит на долото, которое и разрушает породу. Скорость проходки при этом зависит и от характера породы, и от качества оборудования, и от мастерства бурильщика.

Очень важную роль играет буровой раствор, который не только выносит на поверхность частицы породы, но и работает в качестве смазки и охладителя буровых инструментов. Он же способствует образованию глинистой корки на стенках скважины. Буровой раствор может быть сделан на водной или даже нефтяной основе, в него часто добавляют различные реагенты и добавки.

Как же нефть извлекают из скважин? В материнских пластах она находится под давлением, и если это давление достаточно высокое, при вскрытии скважины нефть начинает естественным образом фонтанировать. Обычно этот эффект сохраняется в начальной стадии, а потом приходится прибегать к механизированному способу добычи – с помощью разного рода насосов или с помощью ввода в скважину сжатого газа (этот способ называют газлифтным). Чтобы повысить давление в пласте, в него закачивают воду, где она выполняет роль своего рода поршня. К сожалению, в советские времена этим способом злоупотребляли, стремясь получить максимальную отдачу наиболее быстрыми темпами. В результате после разработки скважин оставались еще богатые нефтью, но уже слишком сильно заводненные пласты. Сегодня для повышения пластового давления применяют также одновременную закачку газа и воды.

Чем ниже давление, тем более сложные технологии используют для извлечения нефти. Для измерения эффективности нефтедобычи применяется такой показатель, как «коэффициент извлечения нефти», или сокращенно КИН.  Он показывает соотношение добытой нефти к общему объему запасов месторождения.  К сожалению, невозможно полностью выкачать все, что содержится в недрах, и поэтому этот показатель всегда будет меньше 100%.

Развитие технологий также связано с ухудшением качества доступных нефтей и затрудненным доступом к залежам. Для подгазовых зон и месторождений на шельфе применяют горизонтальные скважины. Сегодня с помощью высокоточных приборов можно попасть в область площадью несколько метров с расстояния в несколько километров. Современные технологии позволяют максимально автоматизировать всю процедуру. С помощью специальных датчиков, работающих в скважинах, процесс постоянно контролируется.

На одном месторождении бурят от нескольких десятков до нескольких тысяч скважин – не только нефтяных, но и контрольных, и нагнетательных – для закачивания воды или газа. Чтобы управлять движением жидкостей и газов, скважины размещают особым образом и эксплуатируют в особом режиме – весь этот процесс в комплексе называют разработкой месторождения.

После завершения эксплуатации месторождения нефтяные скважины консервируются или ликвидируются в зависимости от степени использования. Эти меры необходимы для того, чтобы обеспечить безопасность жизни и здоровья людей, а также чтобы защитить окружающую среду.

Все, что выходит из скважин – нефть с попутным газом, водой и прочими примесями, например песчаными – замеряют, определяя процент воды и попутного газа. В специальных газонефтяных сепараторах нефть отделяют от газа, и она поступает в сборный трубопровод. Оттуда начинается путь нефти на нефтеперерабатывающий завод.

Интересные факты Самым первым способом добычи нефти был сбор с поверхности водоемов – его применяли в Мидии, Вавилонии и Сирии еще до нашей эры. Знаменитая сверхглубинная скважина на Кольском полуострове, которую бурят с научными целями, достигла отметки 12 262 метра.  В плотных известняковых породах бур проходит всего 30 сантиметров в час, а в мягких отложениях – до 24 метров.  Если бы скважины переставали эксплуатировать после того, как она перестанет фонтанировать, под землей оставалось бы более 80% нефти. В 1865 г. в США впервые для выкачивания нефти применили насос. Позже появился более совершенный способ поднятия нефти на поверхность – компрессорный. При этом способе специальным устройством – газлифтом в скважину нагнетается сжатый газ или воздух, и нефть поднимается за счет энергии смешиваемого с ней этого газа.