Кіріспе
Табиғи ресурстарды өндіру әдісі
Ұңғыма бұрғылау – жер асты сулары, тұздық, табиғи газ немесе мұнай сияқты табиғи ресурстарды өндіру үшін, жер бетінен жер асты резервуарына сұйықтықты енгізу үшін немесе жер асты формацияларын бағалау немесе бақылау үшін жерде тесік жасау процесі. Жер астындағы материалдың сипатын зерттеу үшін бұрғылау (мысалы, металл кенін іздеу) – бұрғылау болып аталады. Ең алғашқы ұңғымалар – су ұңғымалары, су деңгейі жер бетіне жақын болған аймақтарда қолмен қазылған, көбінесе ішкі қабырғаларын құлаудан қорғау үшін тас немесе ағашпен қаланған. Қазіргі заманғы бұрғылау техникалары ұзын бұрғылау шахталарын пайдаланады, олар қолмен қазу арқылы жасалғаннан гөрі тар және терең тесіктерді жасайды. Ұңғыма бұрғылау қолмен немесе механикалық түрде жүргізілуі мүмкін, ал қажетті жабдықтың түрі өте қарапайым және арзаннан бастап өте күрделіге дейін өзгереді. Басқарылатын қысыммен бұрғылау (MPD) – Бұрғылау мердігерлерінің халықаралық қауымдастығы (IADC) анықтамасы бойынша, “ұңғыманың бойындағы сақиналық қысым профилін дәлірек басқаруға арналған бейімделу бұрғылау процесі”. MPD-нің мақсаты – “жер асты қысым ортасының шектерін анықтау және сақиналық гидравликалық қысым профилін тиісінше басқару”.
Ең ерте жазба
Құдық бұрғылау туралы ең алғашқы жазба 347 жылға, Қытайға дейін жетеді. Ежелгі Қытайда мұнай "жарық беру үшін, арба доңғалақтарының осьтерін майлауға, сумен жұмыс істейтін соққылы машиналардың подшипниктерін майлауға, бояу жасау үшін көміртек көзі ретінде, сондай-ақ адамдардың жараларын және жануарлардың тері ауруларын емдеуге" қолданылған. Ежелгі Қытайда б.з.б. I ғасырға дейін тұзды су ұңғымаларын өндіруде терең құдықтарды бұрғылау машиналары кеңінен қолданылған. Ежелгі қытайлықтар құдықтарды тереңдетуде жетілдірілген технологияларды жасап, құдық бұрғылау машиналарын қолданған және құдықтарды ашық ұстау үшін бамбук құбырларын пайдаланған алғашқы өркениет болды.
Қазіргі дәуір
Қазіргі заманда бірінші роликтік конусқа арналған патент айналмалы тас бұрғысы үшін болды және ол 1909 жылы американдық кәсіпкер және өнертапқыш Хауард Хьюз ағаға берілді. Ол екі біріктірілген конустан тұрды. Америкалық кәсіпкер Уолтер Бенона Шарп Хьюзбен тығыз жұмыс істеп, тас бұрғысын дамытуға көмектесті. Бұл бұрғының табысы Sharp Hughes Tool Company компаниясының құрылуына әкелді. 1933 жылы Хьюздің екі инженеры, олардың бірі Ральф Нойхаус, үш конустан тұратын триконус бұрғысын ойлап тапты. Хьюздің триконус бұрғысына арналған патенты 1951 жылға дейін сақталды, содан кейін басқа компаниялар да осыған ұқсас бұрғыларды жасады. Дегенмен, 2000 жылы Хьюз әлемдік бұрғылау нарығының 40% құрады. Поликристалл алмазды компакт (PDC) бұрғыларының тозуға төзімділігі роликтік конус бұрғыларының басымдығын біртіндеп төмендетті және осы ғасырдың басында PDC бұрғыларының кірісі роликтік конус бұрғыларынан басып өтті. Екі типті бұрғының да технологиясы тау жынысын тез аралап өту және оның беріктігін арттыру үшін айтарлықтай жетілдірілді. Бұл индустрия экономикасымен және 1930 жылдардағы Хьюздің эмпирикалық тәсілінен бастап, қазіргі заманғы гидравликалық және кескіштерді орналастыру бағдарламалық жасақтамасымен байланысты шекті элементтер кодтарына дейін дамыды.
Механикалық бұрғылаудағы бұрғылау біттері
Бұрғылау біттерін таңдауға әсер ететін факторлар геологияның түрі және бұрғылау қондырғысының мүмкіндіктері болып табылады. Бұрғыланған көптеген ұңғымалардың болуына байланысты, тиісті таңдау жасау үшін көбінесе жақын орналасқан ұңғымадан алынған мәліметтер қолданылады. Бұрғылау біттерінің екі негізгі түрі бар: тұрақты кескіш және роликті конус. Тұрақты кескіш біттерін қозғалатын бөліктері болмайды, ал бұрғылау тау жынысын қию, сыпыру немесе абразиялау арқылы жүзеге асырылады. Тұрақты кескіш біттері поликристалл алмасты компакт (PDC), ыстыққа берілген гранулятты (GHI) немесе табиғи алмастан жасалған болуы мүмкін. Роликті конус біттері қатты тау жыныстары үшін вольфрам карбиді (TCI) немесе жұмсақ тау жыныстары үшін тісті (MT) болуы мүмкін. Әрбір бұрғылау бітірін жасау процесі мен қолданылатын материалдар оларды нақты бұрғылау жағдайларына сәйкес етеді. Кез келген бұрғылау жағдайында тиімділікті арттыру үшін кез келген бітке қосымша жақсартулар енгізілуі мүмкін. Бұрғылау бітін таңдаудағы маңызды фактор – бұрғыланатын тау жынысының түрі. Бұрғылау бітінің тиімділігі тау жынысының түріне байланысты өзгереді. Тау жыныстарының үш негізгі түрі бар: жұмсақ, орташа және қатты. Жұмсақ тау жыныстарына біріктірілмеген құмдар, саз, жұмсақ әктастар, қызыл түсті тау жыныстары және шиферлер жатады. Орташа тау жыныстарына доломиттер, әктастар және қатты шиферлер кіреді. Қатты тау жыныстарына қатты шиферлер, кальциттер, сазды тастар, кремнийлі әктастар және қатты, абразивті тау жыныстар жатады. 2006 жылға дейін нарық үлесі негізінен Hughes Christensen, Security DBS (Halliburton Drill Bits and Services), Smith Bits (Schlumberger еншілес компаниясы) және ReedHycalog (2008 жылы National Oilwell Varco сатып алған) арасында бөлісті. 2014 жылға қарай Ulterra (бұрын ESCO Corp еншілес компаниясы) және Varel International (шведтік Sandvik инженерлік тобының еншілес компаниясы) АҚШ-тың біт нарығының шамамен 30% -ын иеленді және Smith, Halliburton және Baker Hughes компанияларының бұрынғы үстемдігін күйретті. 2018 жылға қарай Schlumberger, 2010 жылы Smith компаниясын сатып алғаннан кейін, өзінің басқа құралдарымен және қызметтерімен бұрғылау біттерін жинақтау арқасында халықаралық нарықтарда басымдыққа ие болды, ал Ulterra (Blackstone Energy Partners және American Securities жеке капитал фирмаларына тиесілі) Spears Research және Kimberlite Research деректері бойынша АҚШ-та бұрғылау біттерінің нарықтық үлесі бойынша жетекші позицияны сақтап, қарқынды өсімді жалғастырды. Бұрғылау біттерін тозу деңгейіне қарай бағалау Халықаралық бұрғылау мердігерлері қауымдастығы (IADC) ұсынған бірыңғай жүйе бойынша жүзеге асырылады. Мұнай инженерлері қоғамы / IADC құжаттары SPE 23938 және 23940-ты қараңыз. Сондай-ақ PDC біттерін қараңыз.