Нефтяная скважина — это буровая скважина , пробуренная в Земле , предназначенная для извлечения углеводородов нефти на поверхность. Обычно некоторое количество природного газа выбрасывается в виде попутного нефтяного газа вместе с нефтью. Скважину, предназначенную для добычи только газа, можно назвать газовой скважиной . Скважины создаются путем бурения запасов нефти или газа и при необходимости оборудуются добывающими устройствами, такими как насосные станки . Создание скважин может оказаться дорогостоящим процессом, стоимость которого составляет по меньшей мере сотни тысяч долларов, а в труднодоступных местах, например, на шельфе, затраты будут гораздо выше . Процесс современного бурения скважин впервые начался в 19 веке, но в 20 веке стал более эффективным благодаря развитию нефтяных буровых установок и технологий.
Скважины часто продаются или обмениваются между различными нефтегазовыми компаниями в качестве актива – во многом потому, что во время падения цен на нефть и газ скважина может оказаться непродуктивной, но если цены растут, даже низкодебитные скважины могут быть экономически ценными. . Более того, новые методы, такие как гидроразрыв пласта (процесс закачки газа или жидкости для увеличения добычи нефти или природного газа), сделали некоторые скважины жизнеспособными. Однако пик нефти и климатическая политика в отношении ископаемого топлива сделали жизнеспособными меньшее количество этих скважин и дорогостоящих технологий.
Однако большое количество заброшенных или плохо обслуживаемых устьев скважин представляет собой серьезную экологическую проблему: из них может происходить утечка метана или других токсичных веществ в местные воздушные, водные и почвенные системы. Это загрязнение часто усугубляется, когда колодцы заброшены или бесхозны , т.е. когда колодцы, которые больше не являются экономически жизнеспособными, больше не обслуживаются их (бывшими) владельцами. По оценке Reuters на 2020 год, во всем мире насчитывается не менее 29 миллионов заброшенных скважин, что создает значительный источник выбросов парниковых газов , усугубляющих изменение климата. [1] [2]
Самые ранние известные нефтяные скважины были пробурены в Китае в 347 году нашей эры. Эти колодцы имели глубину примерно до 240 метров (790 футов) и были пробурены с помощью долот , прикрепленных к бамбуковым шестам. [3] Масло сжигали для испарения рассола с образованием соли . К 10 веку обширные бамбуковые трубопроводы соединяли нефтяные скважины с соляными источниками. Говорят, что древние записи Китая и Японии содержат множество упоминаний об использовании природного газа для освещения и отопления. В Японии в VII веке нефть была известна как горящая вода . [4] [5]
По словам Касема Аджрама, нефть была перегнана персидским алхимиком Мухаммадом ибн Закарией Рази (Разесом) в 9 веке, производя такие химические вещества, как керосин, в перегонном кубе ( аль-амбик ), [6] [ нужна 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. Благодаря исламской Испании дистилляция стала доступна в Западной Европе к 12 веку. [4]
Некоторые источники утверждают, что с 9-го века нефтяные месторождения эксплуатировались в районе современного Баку , Азербайджан , для производства нафты для нефтяной промышленности . Эти места были описаны Марко Поло в 13 веке, который описал производительность этих нефтяных скважин как сотни партий кораблей. Когда Марко Поло в 1264 году посетил Баку, на берегу Каспийского моря , он увидел нефть, собираемую из выходов. Он писал, что «на границе с Гейргине есть источник, из которого бьет нефть в таком изобилии, что из него одновременно можно взять до ста кораблей». [8]
В 1846 году в Баку (поселок Биби-Эйбат ) была пробурена первая в истории скважина ударными инструментами на глубину 21 метр (69 футов) для разведки нефти. В 1846–1848 годах на Апшеронском полуострове к северо-востоку от Баку русские инженеры Василий Семенов, применив идеи Николая Воскобойникова, пробурили первые современные нефтяные скважины . [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 уезда [12] , который 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, путем неоднократного поднятия и опускания троса на дно скважины . В 20 веке кабельные инструменты были в значительной степени заменены роторным бурением , которое могло бурить скважины на гораздо большую глубину и за меньшее время. [15] В Кольской скважине рекордной глубины при бурении использовался забойный двигатель, 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 существу вертикальными, хотя литологические различия приводят к тому, что большинство скважин хотя бы незначительно отклоняются от истинной вертикали (см. Исследование отклонений ). Однако современные технологии наклонно-направленного бурения допускают бурение сильно наклонно-направленных скважин, которые при достаточной глубине и наличии соответствующих инструментов могут фактически стать горизонтальными. Это имеет большое значение, поскольку породы- коллекторы , содержащие углеводороды, обычно расположены горизонтально или почти горизонтально; горизонтальный ствол скважины, расположенный в продуктивной зоне, имеет большую площадь поверхности в продуктивной зоне, чем вертикальная скважина, что приводит к более высокой производительности. Использование наклонного и горизонтального бурения также позволило достичь пластов, находящихся на расстоянии нескольких километров или миль от места бурения (бурение с большим отходом от вертикали), что позволяет добывать углеводороды, расположенные ниже мест, где с экологической точки зрения трудно разместить буровую установку. чувствительный или населенный.
Прежде чем бурить скважину, геолог или геофизик определяет геологическую цель, соответствующую целям скважины.
Цель (конечная точка скважины) будет сопоставлена с местоположением на поверхности (начальная точка скважины), и будет спроектирована траектория между ними. При проектировании траектории необходимо учитывать множество факторов, таких как расстояние до близлежащих скважин (предотвращение столкновений) или будущих траекторий скважин.
Когда траектория скважины определена, группа геологов и инженеров разработает набор предполагаемых характеристик подземной траектории, которая будет пробурена для достижения цели. Эти свойства могут включать литологическое поровое давление , градиент трещин, стабильность ствола скважины, пористость и проницаемость . Эти предположения используются командой инженеров скважин, разрабатывающей программы обсадной колонны и заканчивания скважины. При детальном планировании также учитывается выбор буровых долот, компоновки низа бурильной колонны и бурового раствора. Пошаговые процедуры написаны для обеспечения руководящих принципов безопасного и экономически эффективного строительства скважины.
Из-за взаимодействия со многими элементами конструкции скважины траектории и конструкции часто проходят несколько итераций, прежде чем план будет окончательно утвержден.
Скважина создается путем бурения в земле отверстия диаметром от 12 см до 1 метра (от 5 до 40 дюймов) с помощью буровой установки, которая вращает бурильную колонну с прикрепленным долотом. На глубине во время процесса в скважину помещают отрезки стальной трубы ( обсадной трубы ), диаметр которой немного меньше диаметра скважины в этом месте. Цементный раствор будет закачиваться внутрь и подниматься в затрубное пространство между стволом скважины и внешней частью обсадной колонны. Обсадная колонна обеспечивает структурную целостность этой части вновь пробуренного ствола скважины, а также изолирует потенциально опасные зоны высокого давления от зон низкого давления и от поверхности.
Когда эти зоны надежно изолированы, а пласт защищен обсадной колонной, скважину можно пробурить глубже (в пласты с потенциально более высоким давлением или в более нестабильные пласты) с помощью долота меньшего размера, а затем обсадить трубой меньшего размера. Современные скважины обычно имеют от двух до пяти комплектов отверстий меньшего размера, каждый из которых цементируется обсадной колонной.
Весь этот процесс облегчается буровой установкой , которая содержит все необходимое оборудование для циркуляции бурового раствора, подъема и вращения трубы, удаления шлама из бурового раствора и выработки электроэнергии для этих операций на месте.
После бурения и обустройства скважины ее необходимо «завершить». Заканчивание — это процесс подготовки скважины к добыче нефти или газа.
При заканчивании обсадной скважины в части обсадной колонны , пересекающей продуктивную зону, проделываются небольшие перфорации , чтобы обеспечить путь для потока нефти из окружающей породы в эксплуатационные насосно-компрессорные трубы. При заканчивании открытого ствола часто в последней пробуренной, но необсаженной секции коллектора устанавливается «песчаная сетка» или «гравийная набивка». Они поддерживают структурную целостность ствола скважины при отсутствии обсадной колонны, в то же время обеспечивая возможность потока из пласта в ствол скважины. Фильтры также контролируют миграцию пластового песка в эксплуатационные трубы, что может привести к размывам и другим проблемам, особенно из-за рыхлых песчаных пластов.
После создания канала потока в скважину можно закачивать кислоты и жидкости гидроразрыва для разрушения , очистки или иной подготовки и стимулирования породы-коллектора, чтобы обеспечить оптимальную добычу углеводородов в ствол скважины. Обычно участок над добывающей частью скважины уплотняется внутри обсадной колонны и соединяется с поверхностью через трубу меньшего диаметра, называемую НКТ. Такое расположение обеспечивает избыточный барьер для утечек углеводородов, а также позволяет заменять поврежденные секции. Кроме того, меньшая площадь поперечного сечения НКТ придает пластовым флюидам повышенную скорость, что позволяет свести к минимуму обратный отток жидкости, который может создать дополнительное противодавление, и защищает обсадную колонну от агрессивных скважинных флюидов.
Во многих скважинах естественное давление подземного пласта достаточно велико для того, чтобы нефть или газ вытекали на поверхность. Однако это не всегда так, особенно на истощенных месторождениях, где давление понижено за счет других добывающих скважин, или в низкопроницаемых нефтяных пластах. Для улучшения добычи может быть достаточно установки труб меньшего диаметра, но могут также потребоваться методы механизированной добычи. Общие решения включают домкраты для наземных насосов , скважинные гидравлические насосы или газлифт. В последние годы было внедрено много новых систем для заканчивания скважин. Системы с несколькими пакерами с портами для разрыва пласта или муфтами с портами в единой системе позволяют сократить затраты на заканчивание скважин и улучшить добычу, особенно в случае горизонтальных скважин. Эти новые системы позволяют спускать обсадную колонну в латеральную зону, оборудованную соответствующим размещением пакера/порта для разрыва пласта для оптимальной добычи углеводородов.
Этап добычи – самый важный этап в жизни скважины: когда добываются нефть и газ. К этому времени нефтяные вышки и установки для капитального ремонта , используемые для бурения и заканчивания скважины, уже выдвинутся из ствола скважины, а верхняя часть обычно оснащается набором клапанов, называемых « рождественской елкой» или эксплуатационной елкой. Эти клапаны регулируют давление, контролируют потоки и обеспечивают доступ к стволу скважины в случае необходимости дальнейших работ по заканчиванию. От выпускного клапана технологического дерева поток может быть подключен к распределительной сети трубопроводов и резервуаров для подачи продукта на нефтеперерабатывающие заводы, компрессорные станции природного газа или терминалы отгрузки нефти.
Пока давление в пласте остается достаточно высоким, дерево добычи — это все, что требуется для добычи скважины. Если давление снижается и это считается экономически целесообразным, можно использовать метод механизированной добычи, упомянутый в разделе заканчивания.
Капитальный ремонт часто необходим в старых скважинах, где могут потребоваться трубы меньшего диаметра, удаление отложений или парафина, кислотные матричные работы или заканчивание в новых зонах интереса в более мелководном коллекторе. Такие ремонтные работы могут выполняться с использованием буровых установок для капитального ремонта скважин, также известных как подъемные установки , установки для заканчивания или «сервисные установки», для извлечения и замены труб, или с использованием методов внутрискважинных работ с использованием гибких труб . В зависимости от типа подъемной системы и устья скважины для замены насоса можно использовать штанговую или промывочную установку без демонтажа НКТ.
Усовершенствованные методы добычи, такие как заводнение водой, заводнение паром или заводнение CO 2 , могут использоваться для увеличения пластового давления и обеспечения эффекта «вытеснения» для выталкивания углеводородов из пласта. Такие методы требуют использования нагнетательных скважин (часто выбранных из старых добывающих скважин по тщательно определенной схеме) и используются при возникновении проблем, связанных с истощением пластового давления или высокой вязкостью нефти, иногда применяются на ранних этапах эксплуатации месторождения. В некоторых случаях – в зависимости от геомеханики пласта – инженеры-разработчики могут определить, что предельная извлекаемая нефть может быть увеличена путем применения стратегии заводнения на ранних стадиях разработки месторождения, а не на более позднем этапе. Такие методы улучшенного восстановления часто называют вторичным или « третичным восстановлением ».
Бесхозные , бесхозные или заброшенные скважины — это нефтяные или газовые скважины, заброшенные предприятиями по добыче ископаемого топлива . Эти скважины могли быть дезактивированы из-за того, что они стали нерентабельными, из-за невозможности передать право собственности (особенно при банкротстве компаний ) или из-за небрежности, и, таким образом, у законных владельцев больше не было ответственности за их уход. Эффективный вывод скважин из эксплуатации может оказаться дорогостоящим: от нескольких тысяч долларов для неглубокой наземной скважины до миллионов долларов для морской. [18] Таким образом, бремя может лечь на государственные учреждения или землевладельцев, когда предприятие больше не может нести ответственность. [19]
Бесхозные колодцы являются мощным источником выбросов парниковых газов , таких как выбросы метана , что способствует изменению климата . Большая часть этих утечек может быть связана с неправильным подключением или протекающими заглушками. По оценкам заброшенных скважин в Соединенных Штатах на 2020 год, выбросы метана из заброшенных скважин вызывают выброс парниковых газов, эквивалентный трем неделям потребления нефти в США каждый год. [19] Масштабы утечек из заброшенных скважин хорошо известны в США и Канаде благодаря общедоступным данным и нормативным актам; однако расследование Reuters в 2020 году не смогло найти точных оценок для России, Саудовской Аравии и Китая — следующих крупнейших производителей нефти и газа. [19] Однако, по их оценкам, в мире насчитывается 29 миллионов заброшенных колодцев. [19] [20]
Заброшенные колодцы могут загрязнять землю, воздух и воду, потенциально нанося вред экосистемам, дикой природе, домашнему скоту и людям. [19] [21] Например, многие колодцы в Соединенных Штатах расположены на сельскохозяйственных угодьях, и, если их не обслуживать, они могут загрязнять почву и грунтовые воды токсичными загрязнителями. [19]Природный газ в сырой форме, известный как попутный нефтяной газ , почти всегда является побочным продуктом добычи нефти. [22] Короткие углеродные цепочки легкого газа выходят из раствора при снижении давления от резервуара к поверхности, подобно тому, как если открыть бутылку с газировкой, при которой вскипает углекислый газ . Если он умышленно попадает в атмосферу, его называют выброшенным газом , а если непреднамеренно – летучим газом .
Нежелательный природный газ может стать проблемой утилизации на скважинах, разрабатываемых 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 быть сожжен на буровой площадке с помощью практики, известной как производственное сжигание на факелах , но из-за растраты энергоресурсов и опасений по поводу ущерба окружающей среде эта практика становится менее распространенной. [23]
Часто нежелательный (или «застрявший» газ без рынка) газ возвращается обратно в пласт через «нагнетательную» скважину 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 отработанный природный газ в синтетический бензин, дизельное топливо или авиационное топливо с помощью процесса Фишера-Тропша, разработанного в Германии во время Второй мировой войны. Подобно нефти, такое плотное жидкое топливо можно транспортировать обычными цистернами 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 продвинутой стадии развития производства GTL, например, завод Pearl GTL мощностью 140 000 баррелей в сутки (22 000 м 3 /сут) в Катаре, запуск которого запланирован на 2011 год. Спрос на природный газ обычно предпочтителен для доставки газа от скважины к конечному потребителю по трубопроводам .
Колодцы могут располагаться:
Морские скважины можно разделить на
Хотя расположение скважины будет иметь большое значение для типа оборудования, используемого для ее бурения, на самом деле в самой скважине разница невелика. Морская скважина нацелена на резервуар, который находится под океаном. Из-за необходимости логистики и специального оборудования бурение морской скважины обходится гораздо дороже, чем сопоставимая береговая скважина. [24] Эти колодцы разбросаны по южным и центральным Великим равнинам на юго-западе США и являются наиболее распространенными колодцами на Ближнем Востоке.
Другой способ классификации нефтяных скважин – по их назначению – способствовать разработке ресурса. Их можно охарактеризовать как:
На добывающей скважине активные скважины можно разделить на следующие категории:
Классификация Лахи [1]
Стоимость бурения скважины зависит главным образом от суточной производительности буровой установки, дополнительных услуг, необходимых для бурения скважины, продолжительности буровой программы (включая время простоя и погодных условий), а также удаленности места (затраты на логистическое снабжение). ). [25]
Суточные тарифы на морские буровые установки варьируются в зависимости от их глубины и доступности на рынке. Расценки на буровые установки, сообщенные отраслевым веб-сервисом [26], показывают, что стоимость глубоководных плавучих буровых установок более чем в два раза превышает ежедневную стоимость флота мелководных буровых установок, а ставки на самоподъемный флот могут варьироваться в 3 раза в зависимости от возможностей.
При стоимости глубоководных буровых установок в 2015 году около 520 000 долларов США в день [26] и аналогичных дополнительных расходах на развертывание глубоководная скважина продолжительностью 100 дней может стоить около 100 миллионов долларов США. [27]
Учитывая стоимость высокопроизводительной самоподъемной буровой установки в 2015 году, составляющую около 177 000 долларов США [26] и аналогичные затраты на обслуживание, скважина с высоким давлением и высокой температурой продолжительностью 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 чем 4,9 до 8,3 миллиона долларов, а средняя стоимость заканчивания составляет от 2,9 до 5,6 миллиона долларов за скважину. [28] Завершение скважин составляет большую часть затрат на береговые скважины, чем на морские скважины, которые обычно несут дополнительное бремя затрат, связанное с наземной платформой. [29]
В указанные общие затраты не включены расходы, связанные с риском взрыва и утечки масла. Эти затраты включают в себя стоимость защиты от таких катастроф, стоимость усилий по устранению последствий и трудно поддающуюся расчету стоимость ущерба, нанесенного имиджу компании. [30]
Последствия разведки и бурения нефти часто необратимы, особенно для дикой природы. [31] Исследования показывают, что карибу на Аляске избегают районов вблизи нефтяных скважин и сейсмических линий из-за беспокойства. [31] Бурение часто разрушает среду обитания диких животных, вызывая стресс у диких животных, и разбивает большие территории на более мелкие изолированные, изменяя окружающую среду и вынуждая животных мигрировать в другие места. [32] [31] Это также может привести к появлению новых видов, которые конкурируют с существующими животными или охотятся на них. [32] Несмотря на то, что фактическая площадь, занимаемая нефтегазовым оборудованием, может быть небольшой, негативные последствия могут распространиться. Такие животные, как олени и лоси, стараются держаться подальше от шума и активности буровых площадок, иногда удаляясь на многие мили в поисках покоя. Такое движение и избегание могут привести к уменьшению пространства для этих животных, что повлияет на их численность и здоровье. [33]
Шалфейный тетерев — еще один пример животного, которое старается избегать мест бурения, что может привести к тому, что меньшее их количество выживет и размножится. [32] Различные исследования показывают, что бурение в местах их обитания отрицательно влияет на популяцию шалфейных тетеревов. В Вайоминге исследование шалфейных тетеревов, проведенное в период с 1984 по 2008 год, показывает примерно 2,5-процентное ежегодное сокращение популяции самцов, что коррелирует с плотностью нефтяных и газовых скважин. [34] Такие факторы, как заросли полыни и осадки, похоже, мало повлияли на изменения подсчета. Эти результаты согласуются с другими исследованиями, подчеркивающими пагубное воздействие разработки нефти и газа на популяции шалфейных тетеревов.
В этой статье представлен углубленный анализ потенциальных последствий бурения нефтяных скважин в Арктическом национальном заповеднике.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Этот ресурс предоставляет исчерпывающую информацию о влиянии добычи нефти и газа на среду обитания диких животных в Вайоминге.
В этой статье обсуждается исследование, которое количественно оценивает воздействие бурения нефти и газа на популяции оленей-мулов.
В этом исследовании изучается сокращение популяции шалфейных тетеревов в Вайоминге.