Геннадий Блинов - Покорители земных недр
Проводятся эксперименты и частично применяются такие методы, как гидромониторный (с использованием напора жидкости, подаваемой под сверхвысоким давлением) и электрофизический (основанный на воздействии разряда высокого потенциала на предварительно ионизированный слой). Разрабатываются также термические методы: огнеструйный, электродуговой, атомный, плазменный, электроннолучевой и многие другие.
В США запатентован проект бурового снаряда с миниатюрным атомным реактором, диаметр которого не превышает 400 мм. Снаряд рассчитан на плавление пород при температуре 1250–1500 °C. Стенки скважин после такого плавления покрываются пленкой, подобной застывшему стеклу, и ствол не требует дополнительного крепления металлическими трубами.
К термическим способам относится и лазерное бурение. «Гиперболоид», считавшийся еще в начале нашего века не более чем фантастикой, сейчас уже существует. Правда, мощности лазеров пока что не хватает для расплавления всей массы пород в скважине. Лучом прожигается лишь кольцевая канавка по окружности забоя, а оставшийся столбик породы разрушается механическим способом. Но лазерные породоразрушающие инструменты (наконечники) надо признать вполне перспективными.
О преимуществах термических способов бурения говорить не надо: наконечник у них не имеет непосредственного контакта с горными породами, и потому его износоустойчивость практически неограниченна. Твердость разрушаемых пород также не играет существенной роли для такого инструмента. Правда, есть у термических способов и существенный недостаток: в таких скважинах невозможно получить информацию о разрезе горных пород (ни керн, ни шлам в естественном виде из них не извлекаются, а стенки целиком оплавлены). Поэтому термические способы могут использоваться для бурения только эксплуатационных, в частности нефтедобывающих, скважин.
Интересны проекты, относящиеся к усовершенствованию способов доставки бурового инструмента на забой скважины, т. е. к максимальному упрощению наиболее трудоемких операций — спуско-подъемных. Специалисты СССР и Франции вместе разработали методику шланго-кабельного бурения. Вместо стальных бурильных труб, которые при подъеме приходится развинчивать на секции — свечи и составлять их внутри вышки, применен бронированный шланг. В процессе бурения под давлением промывочной жидкости шланг приобретает жесткость, достаточную для передачи нагрузки на буровой снаряд, а при подъеме становится настолько гибким и эластичным, что его можно наматывать на барабан.
Успеху работ способствовал созданный в СССР усовершенствованный турбобур, конструкция же прочного гибкого шланга разработана французскими специалистами. Конечно, такому устройству до широкого внедрения в практику еще далеко, но оно перспективно, а значит, за ним и будущее. Надо сказать, что уже сейчас на Каспийском море в объединении «Каспморнефть» действует буровое судно, оснащенное установкой для такого шланго-кабельного бурения.
В последние годы глубокие и сверхглубокие скважины наряду с основной своей ролью поставщика первичной геологической информации (керна горных пород) становятся теми «информационными окнами» (по определению академика Г. Н. Флёрова), через которые с помощью различных скважинных приборов можно «увидеть» строение и свойства земной коры. Ствол скважины — это своеобразная лаборатория, где проводится множество очень тонких и сложных исследований и измерений. Трудность работы в таких лабораториях заключается в том, что измерительные приборы должны иметь ограниченные размеры и очень высокую термо-, вибро- и баростойкость; кроме того, они должны обеспечивать передачу информации о пересекаемых скважиной геологических разрезах с глубин в несколько километров. Поэтому такие приборы нередко называют «спутниками вниз», запускаемыми (опускаемыми) в «геокосмос» — в земные недра. Особенно сложные задачи стоят перед такими «спутниками» при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений, когда нужно исследовать свойства горных пород через экраны — металлические обсадные трубы и цементные оболочки, крепящие стенки скважин. Новые прогрессивные методы скважинных исследований — этого союза физики и геологии — должны поднять научную и практическую ценность буровых скважин на еще более высокий уровень.
Обширной и вполне самостоятельной отраслью в буровом деле является телевизионное обслуживание стволов скважин и всего производственного процесса. Мы уже говорили, что основные операции при бурении проводятся вслепую: по косвенным признакам, на слух, на ощупь, по показаниям приборов. Испокон веков бурильщики мечтали иметь всепроницающий глаз, который можно было бы опустить в ствол на любую глубину, заглянуть туда, воочию убедиться в правильности своих догадок и предположений. На первых порах в этих целях использовалась скважинная фотосъемка. Однако она не может удовлетворить всем требованиям: не дает кругового обзора, ориентирование снимков часто случайное, и, что главное, — обработка материалов занимает слишком много времени, в результате такая информация сильно отстает от бурения.
В настоящее время для осматривания стволов создано множество телевизионных устройств специального назначения. С их помощью можно выяснить геологическое строение разреза, характер трещин, каверн и полостей; кроме того, проверить стыки обсадных труб, уточнить характер той или иной аварии, т. е. увидеть все, что потребуется.
Телевидение применяется не только при изучении стволов скважин, но и в других целях, в частности при морском глубоком бурении. Отыскивание устья скважины под многокилометровым слоем воды является одной из самых сложных проблем у океанских буровиков. Даже хорошо заякоренное судно не может постоянно находиться на одном месте, в одной точке, его всегда «водит», особенно при неспокойном море. Поэтому для ввода бурового инструмента в устье скважины нужна сверхъестественная точность. Об одном из способов поиска устья (с помощью акустических датчиков) мы уже рассказывали. Другой связан с телевидением. Телекамера может на площади 200 х 200 м определить положение устья с погрешностью всего десятки сантиметров. При глубине моря до 2 км эту операцию она выполняет за 45 секунд. Такая система уже была испытана на судне «Гломар Челленджер», работавшем по международному проекту глубоководного бурения.
Особенно велика роль телевизионной техники при контрольно-диспетчерском обслуживании нескольких крупных буровых установок, расположенных в десятках-сотнях километров друг от друга. На экранах телевизоров в диспетчерском пункте постоянно фиксируется целый ряд изображений — общий вид каждой буровой и (более крупно) отдельные, наиболее ответственные участки и узлы: устья скважин, роторы станков, панели с приборами и датчиками.
Телевидение активно входит не только в работу, но и в быт и отдых буровиков и геологов. Например, для удаленных районов, где нет телевизионного приема даже с помощью станций системы «Орбита» (а она обеспечивает прием телепрограмм на территории, где проживает 86 % населения нашей страны), советские специалисты разработали систему непосредственного телевизионного вещания «Экран». Основа ее — спутники «Экран» на геоцентрической орбите, а наземное оборудование представляют малогабаритные станции трех типов, также получившие название «Экран».
Одна из этих станций, «Экран-К», которая весит всего 10 кг, предназначена для вахтовых бригад буровиков, для геологических отрядов и партий, трассовиков-дорожников и людей других «бродячих» профессий. У такой станции нет передающей антенны; восемь телевизоров, которые могут быть установлены и на буровой, подключаются к станции с помощью кабеля. Станции не требуют постоянного обслуживания, работают в автоматическом режиме, включаясь и выключаясь по сигналам со спутника или с дистанционного пульта управления, Подключив видеомагнитофон, их можно превратить в своего рода местный мини-телецентр.
Телевизионная связь с производственными объектами — это только одна, так сказать, информационная, сторона дела. Сведения получены и зафиксированы, цели ясны п задачи определены. А что дальше? Каковы оптимальные режимы бурения? Как предотвратить или ликвидировать возникшую аварию? Тут на помощь приходит электронно-вычислительная техника. Потребности в ней будут все больше возрастать. Уже сейчас теоретические знания и самые разнообразные практические сведения из опыта буровых работ достигли такого объема, что человеческий мозг не в состоянии удержать их в памяти, а тем более оперативно и правильно осмыслить всю эту информацию.
В ряде промышленно развитых стран созданы и успешно функционируют мощные электронно-вычислительные центры (ЭВЦ), контролирующие и направляющие повседневную работу наиболее крупных буровых установок. Багаж (или, как сейчас говорят, — «банк») знаний ЭВМ в таких центрах велик и разносторонен. В электронную память введены и постоянно пополняются сведения из различных сфер бурового процесса: теоретические основы разрушения пород и режимы бурения, встречаемые геологические разрезы и характер всевозможных осложнений в скважинах, применяемые методы аварийных работ и многое, многое другое.
