надглибоке буріння

Надглибокого буріння (а. Ultradeep drilling; н. Ubertiefes Воhren, Abteufen ubertiefer Воhrungen; ф. Sondage super profond, forage а grande profondeur; і. Perforacion superprofunda, taladrado superprofunda) - процес спорудження свердловин в земній корі на глибини, близькі до граничних для сучасної науки і практики. Надглибоке буріння призначене для пошуку та розвідки глубокозалегающих родовищ корисних копалин. вивчення геолого-фізичних параметрів земних надр. закономірностей утворення та розміщення мінеральної сировини та інших практичних і наукових цілей.

Об'єкти вивчення за допомогою надглибокого буріння - всі характерні типи земної кори. Світовий рекорд глибини буріння досяг за позначку 12 066 м (Кольська свердловина, CCCP. 1984). Температура на цій глибині 210 ° С, а тиск 132 МПа. До цього рекордна свердловина мала глибину 9583 м (США. 1974). Починаючи з 60-х рр. до розряду надглибоких відносять свердловини, які досягли 6000 м і більше. Щорічно в світі буриться кілька десятків таких свердловин, головним чином для пошуку і розвідки родовищ нафти і газу.

Надглибоке буріння отримало розвиток в зв'язку з реалізацією національних програм вивчення земної кори континентального (CCCP) і океанічного (США) типів. Надглибоке буріння розглядається як найбільш вірогідний метод (в порівнянні з відомими непрямими) вивчення земних надр, здатний кардинально вплинути на уточнення уявлень, що лежать в основі геологічної науки.

Надглибоке буріння грунтується на технології обертального буріння і послідовного закріплення пройдених інтервалів колонами обсадних труб. Характерні особливості надглибокого буріння: зростання з глибиною температури і гідростатичного тиску; втрата стійкості порід під дією різниці між гірським і гідростатичним тиском; збільшення маси бурильної і обсадних колон; уповільнення темпів поглиблення за рахунок збільшення часу спуску-підйому бурильної колони і погіршення буримости порід; зростання втрат енергії при передачі силових впливів з поверхні на забій; необхідність відбору керна в великих обсягах і проведення внутрішньосвердловинним геофізичних досліджень.

Прогрес у збільшенні глибин буріння досягається в основному завдяки підвищенню середньої вантажопідйомності і потужності бурових установок, поліпшенню термостійкості інструментів і матеріалів, зниження напруженого стану бурильної колони, подолання проявів гірського і пластового тиску. вдосконалення методів і засобів управління процесом буріння по надходить із забою інформації, запобігання небезпечного зносу обсадних колон і ін. Для надглибокого буріння створені і застосовуються бурові установки вантажопідйомністю до 11 MH (1100 т) загальною потужністю до 18 тисяч кВт з насосами (2-4 штук ) на робочий тиск 40-50 МПа потужністю до 1600 кВт кожен. Як правило, такі унікальні установки мають електричний привід від джерела постійного струму, що дозволяє здійснити безступінчасте регулювання роботи основних механізмів. Спуск-підйом бурильної колони ведеться переважно з подовженими до 37 м "свічками" при максимальній механізації і автоматизації процесу.

Прогрес в надглибокому бурінні стримується низькою термостійкістю еластомерів, використовуваних в забійних двигунах і сучасних долотах. Як правило, температура збільшується на 2,5-3,5 ° С на кожні 100 м глибини. Не в повній мірі задовольняє термостабільність бурових розчинів. До 240 ° С застосовуються розчини на водній основі, в діапазоні 240-300 ° С - нефтеемульсіонние, а при 300-350 ° С - на нафтовій основі. Перспективи підвищення термостійкості алюмінієвих сплавів (ЛБТ) зв'язуються з досягненнями порошкової металургії. Збереження стійкості гірських порід на стінках стовбура свердловини в умовах прояву гірського і пластового тисків досягається в основному підтриманням необхідного протитиску "стовпа" промивної рідини і її якості, а при зустрічі пластів з низьким тиском - ізоляцією їх спуском проміжних обсадних колон. При надглибокому бурінні в осадових породах конструкція свердловини, як правило, включає 6-8 обсадних колон, а в кристалічних - 2-4 колони. Відсутність точних відомостей про очікуване гірському і пластовому тисках на великих глибинах і даних про опірності порід гідророзриву утрудняє вибір оптимальної конструкції свердловини і технології її проведення.

Запобігання викривлення надглибоких свердловин - важлива умова успішної їх проводки. Для підтримки сил опору руху бурильної колони і зносу обсадних колон в допустимих межах прагнуть, щоб інтенсивність викривлення не перевищувала 2-3 ° на 1 км при дотриманні сталості азимута викривлення, а абсолютна величина зенітного кута не перевищувала 10-12 °. Особливо жорсткі вимоги пред'являються до вертикальності верхній частині стовбура. Для боротьби з кривизною зазвичай використовують жорсткі компонування низу бурильної колони (КНБК) з повнорозмірними центраторами, а при відсутності належного ефекту - КНБК маятникового типу. У верхній частині свердловин (до 3-4 км) при бурінні стовбура великого діаметра успішно застосовують реактивно-турбінні бури.

Особлива увага при надглибокому бурінні приділяється відбору керна. Головна перешкода ефективному відбору керна - його заклинювання в кернопріёмніке. Зарубіжні країни орієнтуються в основному на застосування канатної техніки в поєднанні зі знімним кернопріёмніком. У CCCP використовуються снаряди з системою гідротранспорту на валу турбобура і не виключається застосування знімних кернопріёмніков і забійних двигунів з порожнистим валом. Залежно від конкретних геолого-технічних умов використовуються бурильні головки як шарошечного, так і истирающего типу. Отримують розвиток три види забійної техніки для підвищення інформативності відбирається керна: орієнтатор керна; кернопріёмнік для консервації керна в забійних умовах; засоби відбору зразків з стінки стовбура.

Розвиток надглибокого буріння в доступному для огляду майбутньому, по всій видимості, буде грунтуватися на технології обертального буріння. У міру збільшення глибин (понад 10 км) забійний привід долота буде витісняти роторний спосіб, відкриваючи дорогу для реалізації принципових переваг бурильних труб з легких металевих сплавів на основі алюмінію та титану. У центрі уваги, ймовірно, виявиться термостійкий редукторний турбобур. Очікується концентрація зусиль дослідників на вдосконаленні технології подолання проявів гірських і гідростатичних тисків. Прогрес буде визначатися новими ідеями, спрямованими, насамперед на оперативне збільшення опірності гідророзриву зон слабких порід без зменшення діаметра свердловини. Це розширить можливості для проводки відкритого стовбура через "несумісні" зони, не вдаючись до спуску в свердловину обсадних колон, і тим самим істотно спростить процес надглибокого буріння. Значимість проблеми боротьби з кривизною зажадає строго наукового обгрунтування допусків на викривлення по глибині свердловини і створення нового покоління забійних коштів управління напрямком буріння, цілком ймовірно, з напів- і автоматичним принципом дії.

Керує процесом буріння по одержуваної із забою інформації з використанням гідравлічної або провідної лінії зв'язку стане необхідною умовою надглибокого буріння нижче позначки 8-9 км.

У наземному буровому обладнанні принципових змін не очікується. Підвищиться увагу до вдосконалення систем автоматизації процесу спуско-підйомних операцій. Більшого поширення повинен завоювати автономний агрегат для спуску важких обсадних колон.

Обсяги надглибокого буріння в майбутньому будуть збільшуватися. Особливі перспективи (поряд із зазначеними) покладаються на надглибоке буріння в зв'язку з проблемою залучення в сферу господарської діяльності людини запасів тепла з надр Землі.