Как устроена буровая установка

Буровая вышка видна издалека, но сама по себе почти ничего не делает. Под ней работает связка из насосов, лебёдок, привода и защитных систем: она помогает пройти скважину на несколько километров, вынести породу и удержать стенки ствола.

Из чего состоит буровая установка

Буровая состоит из нескольких узлов, у каждого своя работа – убрать любой, и бурение встанет.

вышка – держит на весу бурильную колонну, иногда сотни тонн труб; через неё колонну спускают в скважину и поднимают обратно;
талевая система (кронблок, талевый блок, крюк) – полиспаст, который распределяет этот вес, чтобы лебёдка поднимала колонну, а канат не рвался под нагрузкой;
лебёдка – поднимает и опускает колонну: наматывает канат, спускает и достаёт трубы;
ротор или верхний привод – то, что вращает колонну с долотом. Ротор крутит её снизу, у стола; верхний привод крутит её сверху – это современный стандарт: быстрее, безопаснее, меньше ручных операций;
буровые насосы – гонят буровой раствор вниз по трубам под давлением в сотни атмосфер;
циркуляционная система – желоба, ёмкости и вибросита, где раствор очищается от породы и идёт на второй круг;
силовой блок – дизели или электродвигатели, которые приводят в действие лебёдку, насосы и привод;
превентор – противовыбросовое устройство на устье. Пока всё спокойно, о нём не вспоминают. Но если из пласта внезапно пойдёт нефть или газ под давлением, именно превентор закроет скважину и не даст случиться фонтану.

Как это работает

На словах принцип простой, на деле – нет. К нижнему концу бурильной колонны крепят долото – массивную «коронку» с твёрдосплавными или алмазными зубьями. Колонну опускают в скважину и вращают: ротором снизу или верхним приводом сверху. Долото давит на породу и крошит её.

Чтобы долото не перегрелось, а ствол не забился крошкой, внутрь труб под давлением подают буровой раствор. Он выходит через отверстия в долоте, подхватывает выбуренную породу и выносит её наверх – по кольцевому зазору между трубой и стенкой скважины. На поверхности раствор чистят и отправляют вниз заново.

Чем глубже уходит долото, тем длиннее нужна колонна. Поэтому бурение то и дело останавливают и наращивают трубы – привинчивают новую секцию. А когда долото стачивается (а стачивается оно быстро – порода твёрдая), всю колонну поднимают целиком, меняют долото и спускают обратно. Эту операцию – спуск и подъём – на буровой зовут СПО, и на большой глубине она может занимать сутки.

Буровой раствор – почему инженеры считают его главным

Если спросить, что на буровой самое важное, многие покажут на вышку. Инженеры показали бы на раствор.

У бурового раствора (буровики зовут его промывочной жидкостью; составы бывают на воде, нефти и синтетике) сразу несколько задач:

выносит выбуренную породу наверх – без этого ствол забьётся за минуты;
охлаждает и смазывает долото;
своим давлением держит стенки скважины и не даёт пласту выбросить нефть или газ раньше времени;
оставляет на стенках тонкую корку, которая защищает их от размывания.

Состав подбирают под конкретный пласт – это отдельная инженерная профессия. Ошибка в рецептуре обходится дороже, чем поломка железа: скважину придётся глушить или проходить заново.

Какие бывают буровые установки

Единой «буровой» не существует – под каждую задачу свой класс. Делят их по нескольким признакам.

по приводу: дизельные (где нет сети – в поле, в тайге) и электрические (на обустроенных площадках с ЛЭП);
по мобильности: стационарные, которые монтируют надолго, и мобильные – на шасси грузовика или на салазках, их перевозят с точки на точку;
по назначению: разведочные, эксплуатационные, для капитального ремонта скважин, морские (на платформах и буровых судах).

Мощность установки меряют в лошадиных силах и по глубине, на которую она рассчитана. Тяжёлые эшелонные комплексы добираются до 3000 л.с. и бурят на несколько километров.

Насколько глубоко бурят

Самый частый вопрос про буровую – на какую глубину она берёт. Ответ зависит от того, что считать.

Рекорд по вертикали держит Кольская сверхглубокая – 12 262 метра. Её бурили с 1970 года ради науки, а не нефти, и в 1991-м занесли в Книгу рекордов Гиннесса как самую глубокую скважину в мире. Он не побит до сих пор.

У нефтяников логика другая: им важна не вертикаль, а длина ствола. Рекордсмены здесь – скважины сахалинского проекта «Чайво»: одна из них, Z-44, в 2017 году дотянулась почти до 15 километров. При этом нефть залегает всего примерно в километре под морским дном – ствол уходит почти горизонтально, чтобы добраться до залежи вдали от берега и не ставить в море новую платформу.

Разница показательна. Уйти вертикально вглубь – одна задача. Увести ствол на 15 км в сторону и попасть в пласт толщиной в десятки метров – совсем другая. Современное бурение всё чаще про вторую.

Кто работает на буровой и куда идёт профессия

Буровая – это вахта и команда. На одной установке работают буровой мастер, бурильщик с помощниками, инженеры по растворам и по долотам, механики, электрики, супервайзер от заказчика. Смены идут круглосуточно: скважину нельзя «поставить на паузу» на ночь.

Профессия давно перестала быть только про физическую силу. Современная буровая набита датчиками: нагрузку на долото, давление раствора, скорость проходки видят в реальном времени – часто удалённо, в центре управления за сотни километров. Появились установки, где наращивание и спуск-подъём труб берёт на себя автоматика: там, где раньше трубы ворочали вручную, теперь работает механика, а человек управляет и следит.

Меняются и требования к людям. Нужны не только буровики старой школы, но и инженеры, понимающие и железо, и данные: специалисты по автоматизации, по цифровым моделям пласта, по телеметрии. За таких людей нефтяная отрасль давно конкурирует с IT – и по задачам, и по условиям.

FAQ

Из чего состоит буровая установка? Из вышки, талевой системы, лебёдки, ротора или верхнего привода, буровых насосов, циркуляционной системы, силового блока и превентора. Вышка – самая заметная часть, но не главная: основную работу делают лебёдка, насосы и буровой раствор.

Как работает буровая установка для скважин? Долото на бурильной колонне вращается и крошит породу, буровой раствор выносит крошку наверх и держит стенки. По мере углубления колонну наращивают, а стёртое долото поднимают и меняют.

На какую глубину бурят скважины? Обычные нефтяные скважины – это километры. Рекорд по вертикали – 12 262 м (Кольская сверхглубокая), по длине ствола – 15 км (Z-44 Чайво на Сахалине).

Зачем нужен буровой раствор? Он выносит породу, охлаждает долото, держит давление и укрепляет стенки скважины. Без него бурение невозможно.

Сколько человек работает на буровой? Вахтовая бригада – от нескольких до пары десятков человек в смену. Работа круглосуточная, посменная.