Кіріспе

Түзу емес бұрғылау практикасы. Бағытты бұрғылау (немесе көлбеу бұрғылау) – тік емес тесіктерді бұрғылау практикасы. Оны төрт негізгі топқа бөлуге болады: мұнай кендеріндегі бағытты бұрғылау, коммуналдық желілерді орнатудағы бағытты бұрғылау, бағытты бұрғылау (горизонтальді бағытты бұрғылау – HDD) және жер астындағы тігіс арқылы (SIS), көмір қабаттарындағы метанды алу үшін тік тесіктерді көлденең қиып өтеді.

Тарих

Көптеген алғышарттар осы технологиялардың өнімді болуына жағдай жасады. Мүмкін, ең бірінші талап – мұнай немесе су ұңғыларының міндетті түрде тік болуы қажет емес деген түсінік болды. Бұл түсінік өте баяу дамыды және 1920 жылдардың соңына дейін мұнай өнеркәсібінің назарын аудармады. Осы кезде бір меншіктегі тетіктерден бұрғыланған ұңғымалар шекараны кесіп, көршілес меншіктегі кен қабаттарына еніп жатқаны туралы бірнеше сот ісі болды. Бастапқыда басқа ұңғымалардағы өндіріс өзгерістері сияқты жанама дәлелдер қабылданды, бірақ мұндай жағдайлар бұрғылау кезінде ұңғымаларды зерттеуге қабілетті кішкентай диаметрлі құралдарды дамытуға түрткі болды. Горизонтальды бағытталған бұрғылау қондырғылары үлкен масштабқа, микроминиатюризацияға, механикалық автоматтандыруға, қатты қабаттарда жұмыс істеуге, ұзындығы мен тереңдігі бойынша бағытталған бақыланатын бұрғылауға қарай дамып келеді. Ұңғыма саңылауының еңістігін (оның тік сызықтан ауытқуын) өлшеу салыстырмалы түрде оңай, тек маятник қажет. Азимутті өлшеу (ұңғыманың тік сызықтан қозғалысының географиялық торға қатысты бағыты) қиын болды. Кейбір жағдайларда магниттік өрістерді қолдануға болады, бірақ олар ұңғыма ішінде қолданылатын металл конструкциялармен, сондай-ақ бұрғылау жабдықтарындағы металл конструкциялармен әсер етеді. Келесі жетістік – Sperry Corporation компаниясының шағын гироскопиялық компастарды өзгертуі болды, олар авиациялық навигация үшін ұқсас компастар жасады. Sperry бұл жұмысты Sun Oil компаниясымен келісімшарт бойынша жасады (жоғарыда сипатталған сот ісіне қатысты), және "Sperry Sun" компаниясы құрылды, бұл бренд бүгінге дейін сақталып, Halliburton компаниясына енді. Ұңғыма саңылауының кез келген нүктесінде оның орнын анықтау үшін үш компонент өлшенеді: саңылау бойымен нүктенің тереңдігі (өлшенген тереңдік), нүктедегі еңіс және нүктедегі магниттік азимут. Осы үш компоненттің жиынтығын "геодезиялық суреттеме" деп атайды. Ұңғыма саңылауының прогресі мен орналасуын қадағалау үшін бір-бірінен кейін жүргізілетін бірнеше геодезиялық суреттемелер қажет. Бұрынғы роторлық бұрғылау тәжірибесі "қисық ұңғыма бұрғылауға" бейім болатын ("төменгі жиынтық" немесе "BHA") бұрғылау жабдықтарын конфигурациялаудың бірнеше принциптерін белгіледі (яғни, тік сызықтан бастапқы кездейсоқ ауытқулар ұлғаяды). Кері тәжірибе сонымен қатар бастапқы бағытталған бұрғылаушыларға ("ДД") BHA жобалау және бұрғылау практикасының принциптерін берді, бұл қисық ұңғыманы тікке жақындатуға көмектеседі. 1934 жылы Калифорния штатының Лонг-Бич қаласынан Х. Джон Истман және Роман У. Хайнс, Оклахома штатының Энид қаласынан Джордж Фейлингпен бірге Техас штатының Конроу мұнай кен орнын құтқарып, бағытталған бұрғылаудың пионерлері болды. Фейлинг жақында портативті бұрғылау машинасына патент алған. Ол өзінің компаниясын 1931 жылы бұрғылау қондырғысын жүк көлігімен және қуат алатын жиынтықпен біріктіріп құрған. Бұл жаңалық бірнеше көлбеу ұңғымаларды жылдам бұрғылауға мүмкіндік берді. Көптеген құдықтарды жылдам бұрғылау және газ қысымын азайту Конроу өртін сөндіру үшін маңызды болды. 1934 жылғы мамырдағы "Популярлы ғылым" журналында: "Әлемде тек бірнеше адам ғана темір бұрғылау құбырының ұшында жер астынан шақырымдай айналып, қисық немесе тік бұрыш бойынша жүріп, қалаған мақсатқа жету үшін біт жасауға таңғажайып қабілеті бар" деп жазылған. Eastman Whipstock, Inc., 1973 жылы әлемдегі ең ірі бағытталған компанияға айналды. Осы геодезиялық құралдар мен BHA жобаларының үйлесімі бағытталған бұрғылауды мүмкін етті, бірақ ол құпия деп есептелді. Келесі үлкен жетістік 1970 жылдары болды, онда ұңғымадағы бұрғылау моторлары (бұрғылау сабында айналып жатқан бұрғылау балшығының гидравликалық күшімен басқарылатын саз моторлары) кең таралды. Бұл бұрғылау бітінің тесіктің түбіндегі кесу бетінде айналуын жалғастыруға мүмкіндік берді, ал бұрғылау құбырының көп бөлігі қозғалмайтын күйде болды. Тұрақты бұрғылау құбыры мен мотордың жоғарғы жағындағы иілген құбырдың бөлігі ("иілген муфта") бұрғылау құбырының барлығын шығарып, басқа қамшыны орналастырудың қажеті болмай, ұңғыма саңылауының бағытын өзгертуге мүмкіндік берді. Бұрғылау кезінде өлшеу құралдарын дамытумен (балшық импульстік телеметрияны, желілік немесе сымдық құбырды немесе электромагниттік (ЭМ) телеметрияны пайдалану, бұрғылау операцияларын бұзбай, ұңғымадағы құралдардан жер бетіне бағытталған деректерді жіберуге мүмкіндік береді) бағытталған бұрғылау оңайырақ болды. Кейбір профильдерді бұрғылау құбыры айналып тұрғанда оңай бұрғылау мүмкін емес. Ұңғымадағы мотормен бағытталған бұрғылау үшін бұрғылау құбырының айналуын кейде тоқтатып, мотор кесілген қисық жолды жасағанда құбырды канал арқылы "сығу" қажет. "Сығу" кейбір формацияларда қиын болуы мүмкін, және ол әрқашан баяу және демек, айналу кезінде бұрғылаудан қымбат, сондықтан бұрғылау құбыры айналып тұрғанда біт бағытын басқару қажет. Бірнеше компаниялар айналу кезінде бағытталған басқаруға мүмкіндік беретін құралдарды жасады. Бұл құралдар айналмалы басқару жүйелері (RSS) деп аталады. RSS технологиясы бұрын қол жеткілімеген немесе басқарылмаған формацияларда қол жеткізуге және бағытталған басқаруға мүмкіндік берді.

Кемшіліктер

Қазіргі заманғы тереңдіктегі қозғалтқыштар мен тесіктің еңіс және азимутын өлшейтін жақсырақ құралдар пайда болғанға дейін, бағытталған бұрғылау және көлденең бұрғылау тік бұрғылаудан әлдеқайда баяу болды. Себебі, үнемі тоқтау қажет болды, сондай-ақ уақытты көп алатын геологиялық-геофизикалық зерттеулер жүргізу қажеттігінен және бұрғылаудың өзінің баяу жылдамдығынан (төмендеу жылдамдығы). Бұл кемшіліктер уақыт өте келе азайды, себебі тереңдіктегі қозғалтқыштар тиімдірек болды және жартылай үздіксіз зерттеулерге мүмкіндік туды. Қазіргі таңдағы айырмашылық – пайдалану шығындары: еңісі 40 градустан аз ұңғымаларда түзету немесе жөндеу жұмыстарын жүргізуге арналған құралдарды кабель арқылы гравитация күшімен төмендетуге болады. Ал жоғары еңісті ұңғымалар үшін құралдарды тесікке итеру үшін қымбат жабдықтарды жұмылдыру қажет. Жоғары еңісті ұңғымалардың тағы бір кемшілігі – құмның ұңғымаға енуін болдырмау нашар сенімділікпен жүзеге асырылып, көп күш-жігер қажет етті. Алайда, бұл кемшілік те азайды, сондықтан құмды бақылау дұрыс жоспарланған жағдайда, оны сенімді түрде жүзеге асыруға болады.

Мұнай ұрлау

1990 жылы Ирак Кувейттің Ирак мұнайын көлбеу бұрғылау арқылы ұрлағанын айыптады. Біріккен Ұлттар Ұйымы 1991 жылғы Перс шығанағы соғысынан кейін шекараны қайта белгіледі, осылайша Кувейттің жеті айлық ирактық оккупациясы аяқталды. Қайта құру аясында, бар болған 600 мұнай ұңғымасына қосымша 11 жаңа ұңғыма салынды. Кейбір шаруашылықтар мен бұрын Ирак территориясында болған ескі теңіз базасы Кувейттің құрамына кірді. ХХ ғасырдың ортасында үлкен Шығыс Техас мұнай алабында көлбеу бұрғылауға байланысты жанжал болды.

Жаңа технологиялар

1985 және 1993 жылдар аралығында Калифорния штатының Порт-Хуэнемдегі Әскери-теңіз құрылыс инженерлік зертханасы (NCEL) (қазіргі Әскери-теңіз инженерлік қызмет орталығы (NFESC)) басқарылатын көлденең бұрғылау технологияларын жасап шығарды. Бұл технологиялар 3000–4500 м (10,000–15,000 фут) тереңдікке жете алады, ал қолайлы жағдайларда 7500 м (25,000 фут) дейін жете алуы мүмкін.

Ұңғымаларды зерттеу

Арнайы құралдар ұңғыманың тік осіден ауытқуын (еңістігін) және оның бағытталған бағытын (азимутын) анықтайды. Бұл деректер траекторияны түзету үшін маңызды. Бұл зерттеулер ұңғыманың қадағалануын нақты уақытта жүзеге асыру үшін белгілі бір аралықта (мысалы, әр 30-100 метр сайын) жүргізіледі. Ұңғыманың қиын учаскелерінде бұрғылау кезінде өлшеу (MWD) құралдары қажет болған жағдайда дереу бағытты түзету үшін ұңғыма ішінде үздіксіз өлшемдер жүргізеді. MWD гироскоптарды, магнитометрлерді және акселерометрлерді пайдаланып, бұрғылау барысында ұңғыманың еңістігі мен азимутын анықтайды.

Траекторияны басқару

Төменгі тесіктің құрастырылуы (BHA): Бұрғылау битіне (BHA) жақын орналасқан бұрғылау жабдықтарының конфигурациясы бұрғылау бағытына зор әсер етеді. BHA тік бұрғылауға немесе бағытты өзгертуге ықпал ету үшін реттелуі мүмкін. Төменгі тесіктегі қозғалтқыштар: Арнайы балшық қозғалтқыштары тек бұрғылау битін айналдырады, бұрғылау тізбегінің көп бөлігі қозғалмай тұрғанда бағытты басқаруға мүмкіндік береді. Айналмалы бағытталмалы жүйелер (RSS): Жетілдірілген RSS технологиясы бүкіл бұрғылау тізбегі айналып тұрғанда да бағыттауға мүмкіндік береді, бұл тиімділікті және бақылауды арттырады.