Скважина как горная выработка¶
Скважина — цилиндрическая горная выработка в земной коре, сооружаемая без доступа человека к её забою, у которой длина во много раз превышает диаметр. Относится к классу буровых горных выработок; служит для извлечения подземных вод, нефти, газа, рассолов, а также для закачки жидкостей и газов, ведения наблюдений и геологического изучения недр.
¶Общие сведения
Диаметр скважин обычно составляет от нескольких десятков миллиметров до 1—1,5 м, а глубина — от нескольких метров до 12 262 м (Кольская сверхглубокая скважина, пробурённая в СССР в 1970—1990-х годах). В отличие от шахты или колодца, доступ человека в ствол скважины, как правило, невозможен; все операции выполняются дистанционно через спущенные в неё трубы, кабели и приборы.
Скважина имеет устье (выход на поверхность), ствол (стенки, закреплённые обсадными трубами) и забой (дно). Пространство между обсадной колонной и стенками заполняется цементным камнем — это называется креплением и цементированием, оно предотвращает перетоки пластовых флюидов и обрушение пород.
¶История
Прообразом скважин служили древние водозаборные колодцы и соляные трубы. В Китае уже к I тысячелетию н. э. бурили скважины глубиной до нескольких сотен метров для добычи соляных рассолов, применяя бамбуковые штанги и ударное долото. В России соляные и водяные «трубы» известны с XVI—XVII веков, в частности в районе Соликамска и Старой Руссы.
Промышленная эпоха началась в 1846 году, когда в Баку была пробурена первая в мире нефтяная скважина ударно-штанговым способом. В 1864 году на Кубани (Кудако) началась добыча нефти из скважин. В конце XIX века появились вращательное бурение с промывкой глинистым раствором и роторные установки, что резко увеличило скорости проходки. В XX веке развитие получили турбинное и электробурение, наклонно-направленное и горизонтальное бурение, а с 1980-х — морские платформы и телеметрические системы.
¶Классификация
По назначению выделяют:
- Эксплуатационные — для добычи нефти, газа, воды, рассолов.
- Нагнетательные — для закачки воды или газа в пласт с целью поддержания давления.
- Разведочные — для поиска и оценки залежей.
- Наблюдательные и пьезометрические — для контроля пластового давления и уровня вод.
- Специальные — для ликвидации аварий, захоронения отходов, вентиляции.
По профилю ствола различают вертикальные, наклонно-направленные, горизонтальные и многозабойные скважины. По глубине условно делят на мелкие (до 1,5 км), средние (до 4,5 км), глубокие (до 6 км) и сверхглубокие.
¶Бурение и обустройство
Основные способы бурения:
| Способ | Принцип | Применение |
|---|---|---|
| Ударно-канатный | Долото разрушает породу ударами | Мелкие водозаборные скважины |
| Роторный | Вращение долота колонной труб | Нефть, газ, вода |
| Турбинный | Вращение долота турбобуром | Наклонные стволы |
| Винтовой (забойный двигатель) | Вращение винтовым двигателем | Нефтяные скважины |
Цикл строительства включает подготовку площадки, монтаж вышки, проходку, спуск обсадных колонн, цементирование, освоение и испытание. Для предотвращения выбросов на устье устанавливают противовыбросовое оборудование. При заканчивании применяют перфорацию — прострел отверстий в колонне для сообщения с пластом.
¶Применение в России
В России скважины — основа топливно-энергетического комплекса. Крупнейшие нефтегазовые провинции: Западная Сибирь (Самотлорское, Приобское месторождения), Волго-Уральская, Тимано-Печорская, шельфы Охотского и Карского морей. Водозаборные скважины обеспечивают водоснабжение городов и сельского хозяйства; в Москве и Санкт-Петербурге используются артезианские горизонты. Геотермальные скважины применяются на Камчане (Мутновская ГеоЭС). Отдельное направление — скважины для подземного выщелачивания урана и захоронения промышленных стоков.
¶Экологические аспекты
Бурение связано с рисками загрязнения подземных вод и почв буровыми растворами и нефтепродуктами, а также с выбросами попутного газа. Мерами снижения служат цементирование колонн, замкнутые системы циркуляции, рекультивация площадок и ликвидация нерентабельных скважин по установленным правилам.
¶Рекорды
- Кольская сверхглубокая — 12 262 м (1989).
- Скважина Сахалин-1 (Одопту-море) — более 12 км по стволу, одна из самых протяжённых наклонных.
- Проект «Чейзворт» (США) — около 12,3 км по стволу.
¶Источники
- Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
- Бурение нефтяных и газовых скважин: учебные издания для вузов.
- Материалы Российского геологического общества и отраслевой периодики.