Нефтяная скважина — это скважина, пробуренная в Земле , которая предназначена для извлечения углеводородов нефти на поверхность. Обычно часть природного газа высвобождается в виде попутного нефтяного газа вместе с нефтью. Скважина, предназначенная для добычи только газа, может быть названа газовой скважиной . Скважины создаются путем бурения в нефтяном или газовом месторождении и при необходимости оснащаются устройствами для извлечения, такими как станки-качалки . Создание скважин может быть дорогостоящим процессом, стоимостью не менее сотен тысяч долларов, и обходится намного дороже в труднодоступных местах, например, на шельфе . Процесс современного бурения скважин впервые начался в 19 веке, но стал более эффективным с развитием нефтяных буровых установок и технологий в 20 веке.
Скважины часто продаются или обмениваются между различными нефтегазовыми компаниями как актив — во многом потому, что во время падения цен на нефть и газ скважина может быть непродуктивной, но если цены растут, даже скважины с низкой производительностью могут быть экономически ценными. Более того, новые методы, такие как гидравлический разрыв пласта (процесс закачки газа или жидкости для увеличения добычи нефти или природного газа) сделали некоторые скважины жизнеспособными. Однако пиковая нефтяная и климатическая политика в отношении ископаемого топлива сделали меньшее количество таких скважин и дорогостоящие методы жизнеспособными.
Однако большое количество заброшенных или плохо обслуживаемых устьев скважин представляет собой большую экологическую проблему: они могут пропускать метан или другие токсичные вещества в местные системы воздуха, воды и почвы. Это загрязнение часто ухудшается, когда скважины заброшены или бесхозны , т. е. когда скважины больше не являются экономически жизнеспособными и их (бывшие) владельцы больше не обслуживают их. По оценкам Reuters за 2020 год, в мире было не менее 29 миллионов заброшенных скважин, что создает значительный источник выбросов парниковых газов, ухудшающих изменение климата. [1] [2]
.jpg/1280px-Anglo-Persian_Oil_Company_workers_(2).jpg)
Самые ранние известные нефтяные скважины были пробурены в Китае в 347 году н. э. Эти скважины имели глубину до 240 метров (790 футов) и бурились с помощью долот , прикрепленных к бамбуковым шестам . [3] Нефть сжигалась для испарения рассола, производя соль . К 10 веку обширные бамбуковые трубопроводы соединяли нефтяные скважины с соляными источниками. Говорят, что древние записи Китая и Японии содержат много намеков на использование природного газа для освещения и отопления. В 7 веке в Японии нефть была известна как сжигающая воду . [4] [5]
По словам Касема Аджрама, персидский алхимик Мухаммад ибн Закария Рази (Разес) в IX веке перегонял нефть , производя такие химикаты, как керосин в перегонном кубе ( al-ambiq ), [ 6] [ требуется проверка ] и который в основном использовался для керосиновых ламп . [7] Арабские и персидские химики также перегоняли сырую нефть для производства легковоспламеняющихся продуктов для военных целей. Через исламскую Испанию перегонка стала доступна в Западной Европе к XII веку. [4]
Некоторые источники утверждают, что с IX века нефтяные месторождения эксплуатировались в районе современного Баку , Азербайджан , для производства нафты для нефтяной промышленности . Эти места были описаны Марко Поло в XIII веке, который описал добычу этих нефтяных скважин как сотни грузовых судов. Когда Марко Поло в 1264 году посетил Баку, на берегу Каспийского моря , он увидел, как нефть собирают из просачиваний. Он писал, что «на границе с Geirgine есть фонтан, из которого нефть бьет в большом количестве, так что из него можно было бы взять сто грузовых судов за один раз». [8]
В 1846 году в Баку (поселок Биби-Эйбат ) была пробурена первая в мире скважина ударным инструментом на глубину 21 метр (69 футов) для разведки нефти. В 1846–1848 годах первые современные нефтяные скважины были пробурены на Апшеронском полуострове к северо-востоку от Баку русским инженером Василием Семеновым, применившим идеи Николая Воскобойникова. [9]
Игнаций Лукасевич , польский [10] [11] фармацевт и пионер нефтяной промышленности , пробурил одну из первых в мире современных нефтяных скважин в 1854 году в польской деревне Бубрка, Кросненского повята [12], а в 1856 году построил один из первых в мире нефтеперерабатывающих заводов . [13]
В Северной Америке первая коммерческая нефтяная скважина была введена в эксплуатацию в Ойл-Спрингс, Онтарио , в 1858 году, а первая морская нефтяная скважина была пробурена в 1896 году на нефтяном месторождении Саммерленд на побережье Калифорнии. [14]
Самые ранние нефтяные скважины в наше время бурились ударным способом, многократно поднимая и опуская долото на дне троса в скважину. В 20 веке тросовые инструменты были в значительной степени заменены вращательным бурением , которое могло бурить скважины на гораздо большую глубину и за меньшее время. [15] Рекордно глубокая Кольская скважина использовала забойный двигатель во время бурения, чтобы достичь глубины более 12 000 метров (12 км; 39 000 футов; 7,5 миль). [16]
До 1970-х годов большинство нефтяных скважин были по сути вертикальными, хотя литологические изменения заставляют большинство скважин отклоняться по крайней мере немного от истинной вертикали (см. исследование отклонений ). Однако современные технологии направленного бурения позволяют бурить сильно отклоненные скважины, которые при достаточной глубине и с надлежащими инструментами могут фактически стать горизонтальными. Это имеет большое значение, поскольку породы- коллекторы , содержащие углеводороды, обычно горизонтальны или почти горизонтальны; горизонтальный ствол скважины, размещенный в зоне добычи, имеет большую площадь поверхности в зоне добычи, чем вертикальная скважина, что приводит к более высокому дебиту. Использование наклонно-направленного и горизонтального бурения также позволило достичь резервуаров, находящихся в нескольких километрах или милях от места бурения (бурение с большим отходом от вертикали), что позволяет добывать углеводороды, расположенные ниже мест, на которых трудно разместить буровую установку, которые являются экологически уязвимыми или населенными.
Цель (конечная точка скважины) будет сопоставлена с местоположением на поверхности (начальной точкой скважины), и будет разработана траектория между ними. При проектировании траектории следует учитывать множество факторов, таких как зазор от любых близлежащих скважин (предотвращение столкновений) или будущие траектории скважин.
Перед бурением скважины геолог или геофизик определяет геологическую цель для достижения целей скважины. Когда траектория скважины определена, группа геологов и инженеров разработает набор предполагаемых характеристик подземного пути, который будет пробурен для достижения цели. Эти свойства могут включать литологическое поровое давление , градиент трещины, устойчивость ствола скважины, пористость и проницаемость . Эти предположения используются группой инженеров по скважинам, проектирующих программы обсадки и заканчивания скважины. При детальном планировании также учитываются выбор буровых долот, компоновки низа скважины и бурового раствора . Пошаговые процедуры написаны для предоставления рекомендаций по выполнению скважины безопасным и экономически эффективным способом.
В связи с взаимодействием многих элементов конструкции скважины траектории и проекты часто проходят несколько итераций, прежде чем план будет окончательно утвержден.
Скважина создается путем бурения отверстия диаметром от 12 см до 1 метра (от 5 до 40 дюймов) в земле с помощью буровой установки, которая вращает бурильную колонну с прикрепленным долотом. На глубине во время процесса в отверстие помещаются секции стальной трубы ( обсадной трубы ), немного меньшие по диаметру, чем скважина в этой точке. Цементный раствор будет закачиваться вниз внутрь, чтобы подняться в кольцевом пространстве между скважиной и внешней частью обсадной трубы. Обсадная труба обеспечивает структурную целостность этой части недавно пробуренного ствола скважины, в дополнение к изоляции потенциально опасных зон высокого давления от зон с более низким давлением и от поверхности.
При надежной изоляции этих зон и защите пласта обсадной колонной скважину можно пробурить глубже (в потенциально более высоконапорные или менее стабильные пласты) с помощью меньшего долота, а затем обсадить трубой меньшего размера. Современные скважины обычно имеют от двух до пяти наборов последовательно меньших размеров отверстий, каждый из которых зацементирован обсадной колонной.
Этот процесс осуществляется с помощью буровой установки , которая содержит все необходимое оборудование для циркуляции бурового раствора, подъема и вращения трубы, удаления шлама из бурового раствора и выработки электроэнергии на месте для этих операций.
После бурения и обсадки скважины ее необходимо «завершить». Завершение — это процесс, в ходе которого скважина подготавливается к добыче нефти или газа.
При завершении обсаженным стволом скважины в части обсадной трубы поперек производственной зоны делаются небольшие перфорационные отверстия , чтобы обеспечить путь для потока нефти из окружающей породы в эксплуатационную трубу. При завершении открытым стволом скважины в последней пробуренной, но необсаженной секции резервуара часто устанавливается «песчаный фильтр» или «гравийная набивка». Они поддерживают структурную целостность ствола скважины при отсутствии обсадной трубы, при этом все еще позволяя потоку из резервуара поступать в скважину. Фильтры также контролируют миграцию пластовых песков в эксплуатационные трубы, что может привести к вымываниям и другим проблемам, особенно из-за неконсолидированных песчаных образований.
После того, как путь потока создан, кислоты и жидкости для гидроразрыва могут быть закачаны в скважину для разрушения , очистки или иной подготовки и стимуляции породы коллектора, чтобы обеспечить оптимальную добычу углеводородов в стволе скважины. Обычно область над продуктивным участком скважины уплотняется внутри обсадной трубы и соединяется с поверхностью через трубу меньшего диаметра, называемую насосно-компрессорной трубой. Такая компоновка обеспечивает избыточный барьер для утечек углеводородов, а также позволяет заменять поврежденные участки. Кроме того, меньшая площадь поперечного сечения насосно-компрессорной трубы придает пластовым жидкостям повышенную скорость, чтобы минимизировать откат жидкости, который может создать дополнительное противодавление, и защищает обсадную трубу от коррозионных скважинных жидкостей.
Во многих скважинах естественное давление подземного резервуара достаточно высоко для того, чтобы нефть или газ могли вытекать на поверхность. Однако это не всегда так, особенно на истощенных месторождениях, где давление было снижено другими добывающими скважинами, или в нефтяных резервуарах с низкой проницаемостью. Установка труб меньшего диаметра может быть достаточной для облегчения добычи, но также могут потребоваться методы искусственного подъема. Обычные решения включают поверхностные насосные станки , скважинные гидравлические насосы или помощь с газлифтом. В последние годы было внедрено много новых систем для заканчивания скважин. Многокомпонентные системы пакеров с портами ГРП или портами-муфтами в системе «все в одном» сократили затраты на заканчивание и улучшили добычу, особенно в случае горизонтальных скважин. Эти новые системы позволяют спускать обсадную колонну в боковую зону, оборудованную надлежащим размещением пакера/порта ГРП для оптимального извлечения углеводородов.
Этап добычи — самый важный этап в жизни скважины: когда добываются нефть и газ. К этому времени нефтяные вышки и установки для капитального ремонта скважин, используемые для бурения и завершения скважины, уже сместятся со ствола скважины, а верхняя часть обычно оснащена набором клапанов, называемых рождественской елкой или эксплуатационной елкой. Эти клапаны регулируют давление, контролируют потоки и обеспечивают доступ к стволу скважины в случае необходимости дополнительных работ по завершению. Из выпускного клапана эксплуатационной елки поток может быть подключен к распределительной сети трубопроводов и резервуаров для поставки продукта на нефтеперерабатывающие заводы, станции компрессоров природного газа или терминалы экспорта нефти.
Пока давление в резервуаре остается достаточно высоким, для добычи скважины достаточно эксплуатационного дерева. Если давление падает и это считается экономически целесообразным, можно использовать метод искусственного подъема, упомянутый в разделе о заканчиваниях.
Ремонт скважин часто необходим в старых скважинах, которым может потребоваться труба меньшего диаметра, удаление окалины или парафина, кислотные работы или завершение в новых зонах интереса в более мелком резервуаре. Такие ремонтные работы могут быть выполнены с использованием установок для ремонта скважин — также известных как тяговые установки , установки для завершения или «сервисные установки» — для подъема и замены труб или с использованием методов вмешательства в скважину с использованием гибких труб . В зависимости от типа подъемной системы и устья скважины штанговая установка или промывочный насос могут использоваться для замены насоса без подъема труб.
Методы улучшенной добычи, такие как заводнение водой, паровое заводнение или затопление CO2, могут использоваться для повышения давления в пласте и обеспечения эффекта «вытеснения» для выталкивания углеводородов из пласта. Такие методы требуют использования нагнетательных скважин (часто выбираемых из старых эксплуатационных скважин по тщательно определенной схеме) и используются при столкновении с проблемами истощения пластового давления или высокой вязкости нефти, иногда применяемыми на ранних этапах разработки месторождения. В определенных случаях — в зависимости от геомеханики пласта — инженеры-разработчики могут определить, что конечная извлекаемая нефть может быть увеличена путем применения стратегии заводнения на ранних этапах разработки месторождения, а не на более поздних. Такие методы улучшенной добычи часто называют вторичным или « третичным восстановлением ».
Бесхозные , заброшенные или заброшенные скважины — это нефтяные или газовые скважины, заброшенные предприятиями по добыче ископаемого топлива . Эти скважины могли быть дезактивированы, потому что стали нерентабельными, не смогли передать права собственности (особенно при банкротстве компаний ) или были заброшены, и, таким образом, больше не имеют законных владельцев, ответственных за их уход. Эффективный вывод скважин из эксплуатации может быть дорогостоящим, обходясь в несколько тысяч долларов для неглубокой наземной скважины и в миллионы долларов для офшорной. [17] Таким образом, бремя может лечь на государственные органы или владельцев поверхностных земель, когда хозяйствующий субъект больше не может нести ответственность. [18]
Бесхозные скважины являются мощным источником выбросов парниковых газов , таких как выбросы метана , способствующих изменению климата . Большая часть этих утечек может быть связана с тем, что они не были должным образом закрыты или из-за протекающих пробок. Оценка заброшенных скважин в Соединенных Штатах за 2020 год показала, что выбросы метана из заброшенных скважин оказали воздействие на парниковый газ, эквивалентное трем неделям потребления нефти в США каждый год. [18] Масштаб утечки заброшенных скважин хорошо известен в США и Канаде благодаря открытым данным и регулированию; однако расследование Reuters в 2020 году не смогло найти хороших оценок для России, Саудовской Аравии и Китая — следующих по величине производителей нефти и газа. [18] Однако, по их оценкам, во всем мире насчитывается 29 миллионов заброшенных скважин. [18] [19]
Заброшенные колодцы могут загрязнять землю, воздух и воду, потенциально нанося вред экосистемам, диким животным, домашнему скоту и людям. [18] [20] Например, многие колодцы в Соединенных Штатах расположены на сельскохозяйственных угодьях, и если их не обслуживать, они могут загрязнять почву и грунтовые воды токсичными веществами. [18].jpg/1280px-2005_Baldrige_Award_Winner,_DynMcDermott_Petroleum_Operations_(5940301415).jpg)
Природный газ в сыром виде, известный как попутный нефтяной газ , почти всегда является побочным продуктом добычи нефти. [21] Короткие, легкие газовые углеродные цепи выходят из раствора при снижении давления от резервуара к поверхности, подобно тому, как откупоривают бутылку содовой, где углекислый газ вскипает . Если он намеренно выбрасывается в атмосферу, его называют вентилируемым газом , а если непреднамеренно, то летучим газом .
Нежелательный природный газ может стать проблемой утилизации на скважинах, которые разрабатываются для добычи нефти. Если рядом с устьем скважины нет трубопроводов для природного газа, он может не представлять никакой ценности для владельца нефтяной скважины, поскольку не может достичь потребительских рынков. Такой нежелательный газ затем может сжигаться на месте скважины в практике, известной как факельное сжигание , но из-за проблем с растратой энергетических ресурсов и ущербом для окружающей среды эта практика становится все менее распространенной. [22]
Часто нежелательный (или «застрявший» газ без рынка) газ возвращается обратно в резервуар с помощью «инъекционной» скважины для хранения или для повторного повышения давления в продуктивном пласте. Другим решением является преобразование природного газа в жидкое топливо. Газ в жидкость (GTL) — это развивающаяся технология, которая преобразует застрявший природный газ в синтетический бензин, дизельное или реактивное топливо с помощью процесса Фишера-Тропша, разработанного в Германии во время Второй мировой войны. Как и нефть, такое плотное жидкое топливо можно перевозить с помощью обычных танкеров для перевозки на нефтеперерабатывающие заводы или потребителям. Сторонники утверждают, что топливо GTL горит чище, чем сопоставимое нефтяное топливо. Большинство крупных международных нефтяных компаний находятся на продвинутых стадиях разработки производства GTL, например, завод Pearl GTL мощностью 140 000 баррелей в день (22 000 м 3 /день) в Катаре, запуск которого запланирован на 2011 год. В таких местах, как Соединенные Штаты, с высоким спросом на природный газ, трубопроводы обычно являются предпочтительными для доставки газа от скважины до конечного потребителя .
Скважины могут быть расположены:
Морские скважины можно далее подразделить на
Хотя местоположение скважины будет иметь большое значение для типа оборудования, используемого для ее бурения, на самом деле, в самой скважине разница между скважинами невелика. Морская скважина нацелена на резервуар, который находится под океаном. Из-за необходимости логистики и специализированного оборудования бурение морской скважины обходится гораздо дороже, чем сопоставимая наземная скважина. [23] Эти скважины усеивают Южные и Центральные Великие равнины, юго-запад США, и являются наиболее распространенными скважинами на Ближнем Востоке.
Другой способ классификации нефтяных скважин — по их цели внести вклад в разработку ресурса. Их можно охарактеризовать как:
На добывающей скважине активные скважины можно дополнительно классифицировать следующим образом:
Классификация Лахи [1]
Стоимость бурения скважины зависит в основном от суточной ставки буровой установки, дополнительных услуг, необходимых для бурения скважины, продолжительности программы бурения скважины (включая время простоя и время, связанное с погодными условиями), а также удаленности местоположения (затраты на логистические поставки). [24]
Дневные ставки морских буровых установок различаются в зависимости от их глубины и доступности на рынке. Ставки буровых установок, сообщаемые отраслевым веб-сервисом [25], показывают, что стоимость глубоководных плавучих буровых установок в два раза превышает дневную стоимость флота для мелководья, а ставки для самоподъемного флота могут различаться в 3 раза в зависимости от возможностей.
При стоимости услуг глубоководной буровой установки в 2015 году около 520 000 долларов США в день [25] и аналогичных дополнительных расходах на разброс, стоимость бурения глубоководной скважины продолжительностью 100 дней может составить около 100 миллионов долларов США. [26]
При стоимости высокопроизводительных самоподъемных буровых установок в 2015 году около 177 000 долларов США [25] и аналогичной стоимости обслуживания, скважина с высоким давлением и высокой температурой, срок службы которой составляет 100 дней, может стоить около 30 миллионов долларов США.
Береговые скважины могут быть значительно дешевле, особенно если месторождение находится на небольшой глубине, где затраты варьируются от менее 4,9 млн. долл. США до 8,3 млн. долл. США, а средняя стоимость завершения составляет 2,9–5,6 млн. долл. США за скважину. [27] Завершение составляет большую часть затрат на береговые скважины, чем на морские скважины, которые, как правило, несут дополнительную нагрузку в виде наземной платформы. [28]
В общую сумму расходов не включены расходы, связанные с риском взрыва и утечки нефти. Эти расходы включают расходы на защиту от таких катастроф, расходы на очистку и трудно поддающуюся подсчету стоимость ущерба имиджу компании. [29]
Воздействие разведки и бурения нефтяных скважин часто необратимо, особенно для дикой природы. [30] Исследования показывают, что карибу на Аляске демонстрируют заметное избегание территорий вблизи нефтяных скважин и сейсмических линий из-за помех. [30] Бурение часто разрушает среду обитания диких животных, вызывая у них стресс и разбивая большие территории на более мелкие изолированные, изменяя окружающую среду и заставляя животных мигрировать в другие места. [31] [30] Это также может привести к появлению новых видов, которые конкурируют с существующими животными или охотятся на них. [31] Несмотря на то, что фактическая площадь, занимаемая нефтегазовым оборудованием, может быть небольшой, негативные последствия могут распространяться. Животные, такие как олени-мулы и лоси, стараются держаться подальше от шума и активности буровых площадок, иногда перемещаясь на многие мили, чтобы обрести покой. Это перемещение и избегание могут привести к сокращению пространства для этих животных, что скажется на их численности и здоровье. [32]
Полынный тетерев — еще один пример животного, которое старается избегать районов с бурением, что может привести к тому, что меньшее их число выживет и даст потомство. [31] Различные исследования показывают, что бурение в их среде обитания отрицательно влияет на популяции полынного тетерева. В Вайоминге полынный тетерев, изученный в период с 1984 по 2008 год, показывает примерно 2,5-процентное ежегодное снижение популяции самцов, что коррелирует с плотностью нефтяных и газовых скважин. [33] Такие факторы, как покрытие полынью и осадки, по-видимому, мало влияют на изменения численности. Эти результаты совпадают с другими исследованиями, подчеркивающими пагубное влияние разработки нефти и газа на популяции полынного тетерева.
В этой статье представлен углубленный анализ потенциального воздействия бурения нефтяных скважин на Арктический национальный заповедник дикой природы.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Этот ресурс предоставляет исчерпывающую информацию о влиянии разработки нефти и газа на среду обитания диких животных в Вайоминге.
В этой статье обсуждается исследование, в котором количественно оценивается воздействие бурения нефтяных и газовых скважин на популяции оленей-мулов.
В этом исследовании рассматривается сокращение популяций шалфейных тетеревов в Вайоминге .
