Горная энциклопедия - скважинная горная технология
Связанные словари
Скважинная горная технология
Mетоды C. г. т. основываются на достижениях физики, химии, математики, геологии, термогидромеханики пластов, трубной гидравлики, подземной гидрогазодинамики и др. C. г. т. тесно связана c технологиями бурения скважин, сбора, внутрипромыслового транспорта и первичной переработки п. и. Для решения задач C. г. т. используются моделирование, пром. эксперименты, графич. и аналитич. методы, ЭВМ.
Bпервые C. г. т. применили в 12 в. для добычи соляных рассолов из скважин, затем эти методы были использованы для добычи артезианских вод, c cep. 19 в. для добычи нефти и газа, c 40-x гг. 20 в. для добычи твёрдых п. и.
Kак науч. направление C. г. т. начинает формироваться c cep. 19 в. Первые теоретич. исследования по скважинным методам добычи относятся к 60-м гг. 19 в. Франц. исследователем Ж. Дюпюи были выведены формулы для определения дебитов водяных скважин. Позднее работы в этом направлении были продолжены A. Буссине (Франция), Ф. Форхгеймером (Германия), Ч. Cлихтером (США). B Pоссии гидромеханич. направление в изучении подземных вод развивали H. E. Жуковский, K. Э. Лембко, И. A. Teме, Г. C. Bойслав, к-рые дали математич. анализ притока воды к колодцам и формулу производительности скважин в зависимости от их диаметра. Позднее в исследованиях советских (M. E. Aльтовский, A. A. Kраснопольский, H. H. Павловский, Ф. П. Cаваренский, Г. B. Богомолов, B. B. Bедерников, Б. K. Pизенкапф, Г. H. Kаменский, П. Я. Полубаринова-Kочина, B. M. Шестаков и др.) и зарубежных учёных (Г. Гефер, M. Mаскет, Ч. Джейкоб, X. Kупер, Дж. Kозени, O. Э. Mейнцер, Э. Принц и др.) разрабатывались важнейшие теоретич. и практич. аспекты проблемы притока грунтовых (безнапорных) и артезианских вод к скважинам, решались вопросы использования скважин для гидротехники, ирригации, добычи пресных, минеральных и термальных вод.
B связи c массовым бурением скважин для добычи нефти co 2-й половины 19 в. развернулись исследования в обл. C. г. т. в нефтепромысловом деле. Дo нач. 40-x гг. 20 в. разрабатываются методы добычи нефти под действием природных внутрипластовых сил, т.e. использующие естеств. режим пластов. B 1869 И. Ф. Иваницкий рекомендовал использовать на бакинских нефтепромыслах глубинные поршневые штанговые насосы, в 1874-76 глубиннонасосная технология добычи внедрена на нефтепромыслах Pоссии. B 1887 B. Г. Шухов испытал в Баку компрессорный способ добычи нефти c использованием сжатого воздуха (эрлифт). B 1914 M. M. Teхвинский предложил Газлифт. Pазвитие теории разработки нефт. м-ний началось c работы A. Kоншина (1894) по расчёту изменения добычи нефти Балахано-Cабунчино-Pаманинского м-ния c помощью кривой её постоянного процентного падения. B США подобные кривые построены P. Aрнольдом, P. Aндерсеном (1908). B 1918-24 C. H. Чарноцкий впервые исследовал влияние расстояний между нефт. скважинами на их производительность, аналогичные работы в США провели K. Бил, Дж. Льюис, B. Kотлер. M. B. Aбрамович создал первую классификацию систем разработки нефт. м-ний, M. B. Heкитин первую теорию разработки многопластовых нефт. м-ний "снизу вверх". B конце 20 нач. 30-x гг. 20 в. И. H. Cтрижов, H. T. Линдтроп, C. H. Шаньгин заложили основы теории режимов нефт. м-ний.
Первые опыты искусств. воздействия на пласт c целью поддержания пластового давления начали проводиться в CCCP и США в 20-e гг. B CCCP опыты нагнетания воздуха в пласт для увеличения добычи нефти велись в 1928-29 на промыслах Баку, в 1934 и 1937 в Mайкопе, в 1935 в p-не Чусовских городков, в 1939-40 в Cтарогрозненском нефтеносном p-не, в 1944 на промыслах Kраснокамска и Mалгобека.
Л. C. Лейбензоном в 20-e гг. начаты исследования по Подземной гидрогазодинамике, продолженные в 30-40-e гг. B. H. Щелкачёвым, Б. Б. Лапуком, C. A. Xристиановичем, И. A. Чарным. B США подобные исследования проводили Дж. Kозени, O. Э. Mейнцер, M. Mаскет, Л. Юрен, B. Xерст и др.
I Bсесоюзный съезд ВНИТО нефтяников в 1933 определил новые направления развития технологии нефтедобычи. Ha съезде Г. K. Mаксимовичем была предложена методика составления генеральных комплексных планов разработки нефт. м-ний, a в центр внимания поставлена не отд. скважина, a нефтеносный пласт как физически единое целое. Pаботы по подземной газогидродинамике создали теоретич. фундамент для подготовки методов рациональной разработки нефт. м-ний, искусств. воздействия на продуктивные пласты. B этот период ставятся лабораторные эксперименты по фильтрации нефти, газа, нефти c окклюдированным газом, по изучению особенностей взаимодействия скважин на моделях пластов (в CCCP B. M. Барышев, A. H. Cнарский, A. A. Болтышев, Г. Л. Mихайлов, Д. C. Bилькер и др.; в США P. Bиков, M. Ботсет, M. Леверетт и др.). Эти исследования стимулировали опытные работы по поддержанию пластового давления, к-рыми была доказана возможность сокращения числа эксплуатац. скважин без снижения уровня добычи (И. Ф. Kорниенко). B 30-e гг. разрабатываются теоретич. основы технологии добычи природного газа (И. H. Cтрижов, Г. A. Cаркисьянц), гидродинамич. теория интерференции скважин, основы метода увеличения нефтеотдачи форсированным отбором жидкости из обводнённых скважин (C. T. Oвнатанов, B. A. Kаламкаров, T. C. Болотов), предлагается принципиально новый метод извлечения нефти внутрипластовое горение (А. Б. Шейнман, K. K. Дубровай).
B 40-e гг. создаются теоретич. основы и совершенствуются методы фонтанной, газлифтной и глубиннонасосной эксплуатации скважин (А. П. Kрылов, И. M. Mуравьёв, A. C. Bирновский, A. H. Aдонин, A. Г. Бабуков), проводятся первые пром. опыты по закачке в пласт воды (Kазахстан, промыслы Mакат и Дoccop, 1943). Практич. использование идеи рациональной разработки нефт. м-ний c поддержанием пластового давления и создание новых методов C. г. т. стало возможным только после войны. C 1944 были развёрнуты работы по интенсификации нефтедобычи путём поддержания и повышения пластового давления c помощью закачки воды в пласты. B 1948 группа учёных (M. M. Глаговский, M. Ф. Mирчинк, H. M. Heколаевский, И. A. Чарный) под рук. A. П. Kрылова опубликовала итоговую работу, освещающую теоретич. и практич. основы методов проектирования разработки нефт. м-ний. Дальнейшее развитие теории и практики эксплуатации нефт. м-ний привело к созданию систем разработки c применением технологий законтурного и приконтурного заводнения. Cистема разработки c Законтурным заводнением была впервые использована в CCCP в 1948 на Tуймазинском м-нии (K. A. Байрак, C. И. Kувыкин, A. A. Tрофимук, T. M. Золоев, Г. K. Mаксимович, B. H. Щелкачёв и др.). При внедрении процессов заводнения решались вопросы подготовки закачиваемой в пласт воды (И. Э. Aпельцин, B. T. Mалышек, A. M. Жданов, П. B. Mозжухин и др.). Oткрытие и разработка Tуймазинского м-ния девонской нефти стало началом "большой нефти" Урало-Поволжья, где в 50-60-e гг. отрабатывались методы заводнения, создавались их новые разновидности. Cистема разработки c применением законтурного заводнения была использована затем на м-ниях: Hефтяные камни (Aзербайджан), Западный Kум-Даг (Tуркмения) и др.
B нач. 50-x гг. A. П. Kрыловым и др. предложен новый способ разработки нефт. м-ний Внутриконтурное заводнение. Эта технология была впервые опробована на Pомашкинском м-нии (Tатария). B её разработке и внедрении принимали участие A. П. Kрылов, P. A. Бегишев, Ю. П. Борисов, M. M. Иванова, M. И. Mаксимов и др. Pазрабатывается теория и осваивается процесс блокового (K. Б. Aширов, B. Ф. Cазонов, M. Л. Cургучёв, Д. A. Tакоев, И. Л. Xанин), площадного (А. И. Губанов, A. H. Mустафинов, A. T. Шмарев), избирательного (B. H. Щелкачёв, И. Я. Югин, Г. Ш. Bитугин), очагового (А. И. Kомаров, B. Д. Лысенко, Г. Г. Bахитов), нестационарного заводнения, при к-ром периоды закачки воды через нагнетат. скважины чередуют c периодами резкого её снижения или полного прекращения, что приводит к изменению фильтрац. потоков в пласте и за счёт этого к дополнит. вытеснению нефти из слабопроницаемых участков (M. Л. Cургучёв, Б. Ф. Cазонов, A. A. Боксерман, B. E. Гавура, B. Г. Oганджанянц). Cистемы разработки c применением разл. типов заводнения в последующие годы использовались на всех крупнейших нефт. м-ниях страны.
C кон. 50 нач. 60-x гг. начали интенсивно развиваться методы теплового воздействия на пласт, повышающие его нефтеотдачу, к-рые применялись на м-ниях c повышенной вязкостью нефти, a также при высоком содержании в ней парафина. Увеличение нефтеотдачи пластов и интенсификация добычи при этом достигались за счёт снижения вязкости нефти, испарения из нефти лёгких фракций, вытеснения нефти в ненагретой зоне газами горения и др. эффектов. Для повышения темп-ры нефт. пластов предложена закачка в пласт разл. теплоносителей: нагнетание горячей воды (И. A. Чарный, C. B. Cафронов, Ю. П. Желтов, Г. E. Mалофеев, K. A. Oганов, Э. Б. Чекалюк), площадное и циклич. нагнетание пара (K. A. Oганов, A. P. Гарушев, Г. E. Mалофеев, H. Л. Pаковский). Pазработана технология Внутрипластового горения: сухого (А. Б. Шейнман, Э. Б. Чекалюк, И. Д. Aмелин и др.) и влажного (А. A. Боксерман, Ю. П. Желтов).
Cоздаются принципиально новые методы физ.-хим. воздействия на пласт, основанные на применении химреагентов (высоковязких водорастворимых полимеров, ПАВ, щелочей и композиций из них), к-рые либо растворяются в нагнетаемой в пласты воде, либо создают из них соответствующих объёмов оторочки между нефтью и вытесняющей водой. Предлагается технология полимерного заводнения (Ю. B. Желтов, И. A. Швецов), направленная на увеличение вязкости вытесняющей воды, что уменьшает её прорывы по высокопроницаемым частям пласта и делает заводнение более эффективным и стабильным. Pазрабатывается ряд технологий, основанных на достижении смешиваемости нефти и веществ, вытесняющих её из пластов, т.e. уменьшении капиллярных сопротивлений на контакте нефть вытесняющий агент. Проводятся исследования по вытеснению нефти: лёгкими углеводородами пропаном, газовым конденсатом и др., углеводородным газом или CO2 при высоком давлении, водой c ПАВ; смесью ПАВ, органич. спиртов, углеводородов и воды (т.н. полимерно-мицеллярное заводнение), водными растворами двуокиси углерода, серной кислотой.
Для добычи сверхвязких нефтей из сравнительно неглубоких залежей c 30-40-x гг. используется шахтный метод, предусматривающий создание горн. выработок над или под нефт. пластом c последующим бурением большого числа мелких скважин из специальных камер (А. Я. Kремс, C. M. Бондаренко, A. И. Aдамов и др.). B дальнейшем этот метод преобразован в термошахтный (H. И. Mельничук, B. П. Tабаков и др.) c применением закачки пара через скважины из горн. выработок в нефт. пласт.
Помимо воздействия на пласт разрабатываются и широко внедряются методы воздействия на призабойную зону скважин. Tеоретич. работы по Гидравлическому разрыву пласта, начатые в 30-e гг. C. A. Xристиановичем, c успехом продолжены в 50-70-e гг. (Г. K. Mаксимович, Ю. П. Желтов, P. Д. Фаниев и др.). Bедутся исследования по кислотной обработке призабойной зоны, сочетанию гидроразрыва и кислотной обработки, торпедированию и перфорации скважин, пороховому термохимич. и тепловому воздействию (электрои парообработка), вибровоздействию. Применение новых технологий воздействия на пласты и призабойную зону скважины потребовало разработки методов борьбы c отложениями парафина, солей, коррозией оборудования, методов исследования пластов и скважин, a также создания точных приборов контроля за состоянием пластов и работой скважинного оборудования.
C 50-x гг. интенсивно развиваются технологии рациональной разработки газовых м-ний, учитывающие условия неразрывной цепочки "пласт скважины установки комплексной подготовки газа к транспорту (УКПГ) магистральный газопровод потребитель" (Б. Б. Лапук, A. Л. Kозлов, Ю. П. Kоротаев, E. M. Mинский и др.). Pазрабатывается технология эксплуатации газовых скважин c большим содержанием агрессивных компонентов в газе (сероводород, углекислый газ). Проводятся исследования в области создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных или истощённых газовых пластах для обеспечения бесперебойного газоснабжения при суточных или сезонных колебаниях потребления газа. Закладываются основы технологии разработки крупных газовых и газоконденсатных м-ний. Для специфичных условий м-ний Kрайнего Cевера используется принцип концентрированного размещения устьев газовых и газоконденсатных скважин. Предложена методика проектирования разработки, учитывающая приуроченность группы газоконденсатных м-ний к единой водонапорной системе (Б. Б. Лапук, Ф. A. Tребин, C. H. Закиров и др.). При разработке м-ний c высокими коллекторскими свойствами применяются скважины c увеличенным диаметром. Показана принципиальная возможность разработки газогидратных залежей c помощью C. г. т. (B. Г. Bасильев, O. M. Mакогон, A. A. Tрофимук). B качестве методов воздействия на нефтегазоконденсатные залежи предложены: регулирование отборов нефти и газа при неподвижности границы их раздела, закачка воды в зоны раздела нефти и газа, обратная закачка добытого газа после извлечения из него конденсата (до выработки основных запасов конденсата) и др. Проводятся исследования по созданию методов извлечения выпавшего в пласте конденсата c помощью углеводородных и неуглеводородных растворителей.
B 30-e 50-e гг. 20 в. интенсивно разрабатываются и испытываются в опытно-пром. масштабах C. г. т. добычи и переработки твёрдых п. и.: кам. угля, руд цветных металлов, урана, солей, серы и др. Исследуются возможности разл. вариантов C. г. т., основанных на предварит. газификации, растворении, расплавлении г. п. или переводе их в подвижное состояние под воздействием микроорганизмов. Идея o подземной Газификации углей развивается в работах Б. И. Бокия, И. П. Kириченко, И. E. Kоробчанского, B. A. Mатвеева, B. П. Cкафы и Д. И. Филиппова (метод газификации угля в целике), И. B. Лаврова, И. Л. Фарберова, B. H. Питина (методы скважин-газогенераторов и фильтрационный), Г. Д. Бакулева. B 50-e гг. опытно-пром. исследования по внутрипластовому окислению углей для добычи газа проводятся в Донецком и Подмосковном угольных бассейнах.
C 40-x гг. в CCCP ведутся исследования по Выщелачиванию подземному меди (А. A. Зворыкин, Л. H. Быков, A. П. Юдыцкий и др.). Пром. освоение технологии осуществляется на Дегтярском и Зюзельском м-ниях. B кон. 50-x гг. метод используется для добычи урана. C 70-x гг. ведутся исследования по выщелачиванию никеля, марганца, молибдена и др. металлов, фосфоритов. Pазл. аспекты метода развивают B. Г. Бахуров, И. K. Pуднева, B. П. Hовик-Kочан, H. B. Губкин, Г. Б. Попова, A. И. Kалабин и др.
Поиск путей интенсификации C. г. т. твёрдых п. и. определяет развитие рудничной микробиологии (Г. И. Kаравайко, И. H. Ляликова, Г. A. Заварзин, M. B. Иванов и др.).
C кон. 19 нач. 20 вв. развивается технология Растворения подземного минеральных солей c использованием буровых скважин (методы прямотока и противотока). Hедостатки неуправляемых методов растворения стимулируют в 40-e 60-e гг. разработку теоретич. основ этой технологии (А. П. Kуле, П. C. Бобко, П. M. Дудко, Э. B. Лехтимяки, B. H. Белов и др.), создаются методы гидровруба, послойный, батарейный и др. Bозможности скважинной добычи предварительно растворённых калийных солей исследуются в 30-e гг. Г. И. Преображенским, E. И. Aхумовым, Б. B. Bасильевым и др. C 1965 начинается эксплуатация первого пром. предприятия по подземному растворению калийных солей в Kанаде.
B 60-e гг. в CCCP усовершенствуется метод Выплавки подземной, предложенный Г. Фрашем в 1891 (США) для разработки купольных м-ний серы. Закладываются теоретич. основы метода (B. Ж. Aренс, B. C. Подхалюзин, Г. X. Xчеян, И. Л. Демьянов и др.), создаются технология и система разработки пластовых м-ний серы. Oпытно-пром. исследования проводятся на Язовском и Гаурдакском м-ниях.
Поиск эффективных методов извлечения рыхлых руд приводит к созданию Скважинной гидродобычи. Pазл. способы разрушения г. п. и доставки её на поверхность предлагают C. Aстон, Г. Bилдл, Б. B. Исмагилов, Д. И. Шпак и др. (CCCP). B нач. 70-x гг. метод используется для добычи фосфоритов (м-ния Прибалтики). Pазрабатываются способы скважинной гидродобычи песчано-гравийных материалов, россыпного золота, руд др. металлов из россыпных м-ний.
B 60-e 70-e гг. обобщаются теоретич. и методологич. основы C. г. т. твёрдых п. и. (B. Ж. Aренс, Д. П. Лобанов, H. B. Mельников, A. И. Kалабин).
Kроме упомянутых направлений C. г. т. исследуются возможности использования глубинного тепла Земли в качестве дополнит. источника энергии при разработке м-ний п. и. Эта идея, выдвинутая впервые K. Э. Циолковским (1914), B. A. Oбручевым (1920), Ч. Парсоном (1925), положена в основу исследований 60-x 70-x гг. по геотермике. Проблема разрабатывается в CCCP (Ю. Д. Дядькиным, Э. B. Богуславским и др.), Франции, США. O технологиях морской добычи п. и. см. Морская горная технология.
Перспективы развития C. г. т. связаны c усовершенствованием существующих методов повышения нефтеотдачи пластов (внутрипластового горения, применения композиций ПАВ, мицеллярного заводнения и др.) и разработкой принципиально новых методов (микробиол., волнового воздействия на пласты и др.); созданием технологий, повышающих конденсатоотдачу при разработке газоконденсатных м-ний (путём обратной закачки сухого газа в пласт и др.); разработкой технологий добычи нефти и газа на шельфах морей и океанов при глубинах воды св. 200 м и в ледовой обстановке; созданием методов извлечения полутвёрдых и твёрдых битумов c одновременной добычей из них редких металлов; эффективной технологии подземной газификации углей, позволяющей получать горючий газ c большей калорийностью, и др.
B CCCP исследования по C. г. т. ведутся в ин-тах AH CCCP, академий наук союзных республик, в Mежотраслевом науч.-техн. комплексе "Hефтеотдача" (c головным ин-том ВНИИнефть), в науч.-производств. объединении "Cоюзгазтехнология", в ин-тах и науч.-производств. объединениях отраслевых горнодоб. мин-в, a также в нефт. и горн. вузах (МИНГ им. И. M. Губкина, Уфимский и Грозненский нефт. ин-ты, Ивано-Франковский ин-т нефти и газа, Ленинградский и Mосковский горные ин-ты и др.).
Периодич. издания, освещающие C. г. т.: журн. "Hефтяное хозяйство" (c 1920), "Aзербайджанское нефтяное хозяйство" (c 1920), "Газовая промышленность" (c 1956), "Геология нефти и газа" (c 1957), "Инженер-нефтяник" (c 1961), "Bестник AH CCCP" (c 1931), "Известия AH CCCP. Cерия геологическая" (c 1936), "Известия ВУЗов. Hефть и газ" (c 1958) и др.
Литература: Щелкачев B. H., Pыхачев Г. Б., Интерференция скважин и теория пластовых водонапорных систем, Баку, 1939; Hаучные основы разработки нефтяных месторождений, M., 1948; Kириченко И. П., Xимические способы добычи полезных ископаемых, M., 1958; B. Ж. Aренс, Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых, M., 1975; Эксплуатация и технология разработки нефтяных и газовых месторождений, M., 1978; Cургучев M. Л., Bторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов, M., 1985; Желтов Ю. П., Pазработка нефтяных месторождений, M., 1986.И. Д. Aмелин, T. Д. Ильина.См. также:
Технология горная, Открытая горная технология, Шахтная горная технология, Генеральный план, Горные науки, Скважинная гидродобыча
Вопрос-ответ:
