V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение

Многие наверняка знают, что в целом представляет собой такой процесс, как бурение. Однако он имеет немало интересных тонкостей и особенностей, в которых разбираются лишь специалисты. Именно об одной из таких тонкостей, а именно об электробурении, я и попытаюсь вам доступно рассказать.

Процесс бурения был известен еще первобытному человеку около 25 тыс. лет назад. При изготовлении различных инструментов он сверлил в них отверстия для прикрепления рукояток. Рабочим инструментом при этом служил кремневый бур. В Древнем Египте вращательное бурение (сверление) применялось при строительстве пирамид около 6000 лет назад. В последующие столетия этот процесс стремительно развивался. Человек нашел применение многим полезным ископаемым, таким, например, как нефть и газ. Их добыча просто невозможна без применения бурового оборудования и специальных техник бурения скважин. На сегодняшний день известно порядка двадцати различных способов бурения. Наиболее распространены среди них роторное, турбинное и бурение электробуром, на котором мы и остановимся более подробно.

Вообще электробурение, на мой взгляд, можно отнести к относительно молодым способам разработки скважин. Ведь его зарождение напрямую связано с использованием электроэнергии. А ее активное промышленное применения началось только в конце XIX века.

Почему я остановился именно на электробурении? По моему мнению, оно является одним из наиболее перспективных способов строительства скважин, по­скольку сочетает в себе преимуще­ства роторного бурения и бурения забойными двигателями. Этот спо­соб позволяет использовать энер­госберегающие технологии, выпол­нять требования по защите окру­жающей среды и охране недр при освоении месторождений, особен­но в сложных горно-геологических условиях. Однако, электробурение пока не получило широкого приме­нения даже в лучшие годы своего развития, а в нынешних переходных условиях и вовсе находится в пла­чевном состоянии.

Поэтому в данной работе я остановлюсь не только на истории развития электробурения, но и выделю его проблемы, расскажу о перспективах этого способа бурения скважин, а также поясню свою точку зрения. Приступим.

Этапы развития электробурения Первые изобретения

В конце XIX и начале XX вв. ряд крупнейших специалистов русской и зарубежной нефтяной тех­ники пытались создать электробур.

Еще в 1879 г. Вернер Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для приведе­ния в действие штока бурильной машины (перфо­ратора), предназначенной для выбуривания шпуров при взрывных работах. В 1885 г. американец Вестингауз повторил эту попытку. В 1891 г. голландец Ван-Депель, а затем американец Марвин дали свои конструкции элек­трических перфораторов, которые были несовер­шенны и не получили распространения.^[2]

Дальнейшее развитие электробурения связано в основном с деятельностью русских ученых. Идея перенесения бурового электродвига­теля на забой скважины принадлежит инже­неру В. И. Делову, предложившему в 1897 г. электрический автоматический аппарат для ударного бурения, спускаемый в скважину на канате.

Аппарат Делова состоял из соленоида, по­мещенного в герметически запаянный цилиндр, сердечника, к которому присоединена ударная штанга с долотом, и устройства, автоматиче­ски поворачивающего механизм на определен­ный угол после каждого удара. Этот аппарат был построен и демонстрировался на Нижне­городской промышленной выставке в 1903 г.

В 1904 г. Германским акционерным обще­ством глубокого бурения был предложен «электрический буровой аппарат», который, так же как и аппарат Делова, был предназна­чен для ударного бурения скважин. Он со­стоял из соленоидов, поднимавших ударную штангу. Спуск аппарата в скважину предусмат­ривался на полом канате-кабеле, через кото­рый должна была прокачиваться промывоч­ная жидкость.

В 1909 г. Дудниковским и Потворским (Австро-Венгрия) был предложен аппарат для глубокого вращательного бурения, пред­ставляющий электродвигатель, непосредственно соединенный со шнеком и долотом и опускаемый в скважину на канате с электро­кабелем. Над электродвигателем располагалась желонка, в кото­рой должна была собираться выбуренная горная порода, подни­маемая шнеком. Аппарат крепился на конце обсадных труб, кото­рые опускались в скважину по мере ее углубления.

В 1912 г. в Румынии инженер Кантили применил электробур своей конструкции при бурении скважины в районе Кампина. Од­нако этот электробур был крайне несовершенен, его приходилось поднимать на поверхность после каждого метра проходки.

Для снижения числа оборотов долота электробура общество «Ситроен» предложило в 1918 г. многоступенчатый редуктор ори­гинальной конструкции, имеющий небольшие габаритные размеры.^[3]

Во всех перечисленных выше изобретениях, предложенных зарубежными и русскими специалистами, присутствовал существенный недостаток. При их использовании не удавалось защитить электродвигатель и другие меха­низмы забойного агрегата от проникновения в их полость промы­вочной жидкости и выбуренной породы. Впервые эта задача была разрешена студентом Петербургского политехнического института А. Арутюновым, предложившим в 1914 г. наполнять электродвига­тель маслом, создавая при помощи поршня давление внутри двигателя, превышающее давление окружающей среды. В даль­нейшем А. Арутюнов за границей на основе этого принципа разра­ботал электродвигатель к погружному насосу системы «Реда» (русский электродвигатель Долгова и Арутюнова) для эксплуата­ции водяных и нефтяных скважин широко применявшемуся в неф­тяной промышленности, а также электробур своей конструкции.

Также в 1929 г. И. Ф. Мухартов предложил электробур с редуктором и приспособлением элеваторного типа для удаления выбуренной горной породы. Этот электробур опускается в скважину на канате и стопорится на конце обсадной колонны, опускаемой по мере уг­лубления скважины.

В 1930 г. Г. 3. Налбандовым был сконструирован более совер­шенный маслонаполненный редукторный электробур. В нем был предусмотрен маятниковый электрический прибор для указания отклонения ствола скважины от вертикали во время бурения.

Защите механизмов электробура от проникновения промывоч­ной жидкости посвящены и последующие три изобретения. В 1930 г. Н. К Архангельским было предложено создавать противодавление в электробуре за счет разности удельных весов масла, наполняю­щего электробур, и промывочной жидкости, для чего применен гибкий водонепроницаемый маслонаполненный шланг, идущий к электробуру от поверхности земли. Электроэнергию предполага­лось подводить при помощи того же шланга, в котором должны были монтироваться провода.

В том же году братья Кирсановы предложили создавать про­тиводавление в масле, наполняющем электробур, при помощи про­межуточного поршня, но с применением пружины, оказывающей дополнительное давление на поршень независимо от глубины погру­жения электробура, т. е. независимо от гидростатического давле­ния окружающей жидкости.

К проблеме защиты электробура от проникновения окружаю­щей жидкости относилось также изобретение Т.Я Евсюкова, ко­торый в 1935 г. предложил заключить электродвигатель с привод­ным механизмом в кожух, представляющий собой воздушный колокол. Так завершился первый этап развития бурения электробуром.^[3]

Новые разновидности электробура

Учитывая трудности спуска электробура на бурильных трубах и подвода электроэнергии к нему, в 1933—1934 гг. были сконструи­рованы новые электробуры для вращательного бурения, опускаемые в скважину на кабеле-канате или на обсадных трубах. В таких электробурах проблемой является создание способа компенса­ции реактивного момента. Для разрешения этой задачи С. И. Бед­няковым был предложен электробур, опускаемый в скважину на канате и отличающийся тем, что для компенсации реактивного момента и лучшего разбуривания забоя скважины применены два вращающихся в противоположные стороны долота, из которых до­лото меньшего диаметра соединено с валом электродвигателя, а долото большего диаметра — с кожухом аппарата.

Электробур М. М. Скворцова и Б. М. Плюща опускался на канате или трубах с оригинальной системой зубчатых передач, ко­торые приводили во вращение две фрезы с горизонтальной осью и весь аппарат вокруг вертикальной оси.

Также свой вклад в развитие электробурения внесли русские инженеры А. А. Минин, Н. К Архан­гельский, К. А. Чефранов и А. А. Погарский. Они в 1947—1954 гг. работали над созда­нием электробура, опускаемого в скважину на кабеле-канате. В этом электробуре нет специальных устройств, уравновеши­вающих агрегат на забое. Реактивный момент долота, по пред­ложению А. А. Минина, уравновешивается инерцией корпуса бурильного агрегата, разгоняемого попеременно в обе стороны до определенной наперед заданной скорости.

На основании выше перечисленного материала можно выделить преимущества и недостатки электробура, спускаемого на кабеле-канате. Во-первых, это зна­чительное ускорение спускоподъемных операций. Во-вторых, отсутствие ко­лонны бурильных труб, а значит, облегчение и упрощение наземного обору­дования, снижение давления на пласт. В-третьих, облегчение труда буровой бригады, сокращение ее состава и др. Однако, существенным недостатком является скорость бурения этим электробуром и проходка на долото. Они настолько малы, что не окупаются при повышении скорости спускоподъемных операций.

Нельзя не отметить и разработки американских ученых. Фирма «Малтископ» (Кофивил, Канзас) продолжительное время работала над электробуром Форестера, особенностью которого является использование обсадных труб в качестве буриль­ных. Электробур Форестера имеет электродвигатель мощностью 13 кВт при 3600 об/мин; скорость вращения с помощью редуктора снижается вдвое. Вследствие большой скорости вращения приме­няется специальное корундовое долото. Циркуляция промывочной жидкости осуществляется через обсадную колонну, как и при обычном бурении. Этот электробур впервые испытывался в 1940 г. при бурении неглубокой скважины в Техасе; опытные работы вели вплоть до 1948 г., но ожидаемых результатов не получили.

В 1947 г. в США впервые был испытан спускаемый на кабеле - канате электробур системы А. Арутюнова (фирма «Реда»). Промышленные испытания его проводили в Оклахоме при буре­нии до 400 м алмазными долотами в пропластках крепкой горной породы мощностью до 20 м. При этом механическая скорость со­ставляла 2—4 м/ч, что можно объяснить небольшой мощностью электробура и малыми осевыми нагрузками на долото. По имею­щимся данным при бурении электробуром этого типа было не­сколько прихватов с оставлением всего агрегата на забое сква­жины.^[3]

Начало промышленного применения электробура

Описанные выше системы электробуров либо не были осуще­ствлены на практике, либо не доведены до промышленного приме­нения.

Впервые конструкция электробура, нашедшая промышленное применение, была создана в Советском Союзе в 1937—1940 гг. ин­женерами А. П. Островским, Н. В. Александровым, Н. Г. Григоря­ном, А. Л. Ильским и другими.

Первый электробур, при помощи которого в Азербайджане была успешно пробурена скважина глубиной около 1500 м, состоял из трехфазного четырехполюсного электродвигателя мощностью 70 кВт, планетарного одноступенчатого редуктора, снижавшего скорость вращения двигателя в 4 раза (с 1450 до 363 об/мин), и шпинделя, соединявшего редуктор с долотом. Наружный диаметр электробура составлял 324 мм, длина — 8,5 м.

Для защиты механизмов электробура от окружающей жидко­сти двигатель, редуктор и шпиндель наполняли маслами различ­ной вязкости, разделяя их поршневыми и сальниковыми устрой­ствами. Внутри электробура при помощи компенсатора с тяжелым поршнем создавалось противодавление. Электродвигатель с редук­тором и шпинделем заключали в цилиндрический кожух-трубу; назначение последнего состояло в образовании кольцевого зазора, по которому промывочная жидкость направлялась из бурильной колонны к долоту.

Электроэнергия к электробуру подводилась при помощи цен­трально расположенных в бурильных трубах отрезков трехжиль­ного кабеля с резиновой изоляцией. Отрезки кабеля между собой соединялись специальными резиновыми муфтами.

После испытаний, проведенных в 1940 г., доказавших принци­пиальную возможность создания электробура и токоподвода к нему, были начаты разработка и изготовление более совершен­ных машин большей мощности и меньшего диаметра, в том числе безредукторного электробура.

В период Великой Отечественной войны было приостановлено дальнейшее развитие электробурения.

Рис. 1. Схема электробуровой установки.

1) долото; 2) электробур; 3) бурильная труба;

4) ка­бель внутри бурильной трубы; 5 ) ротор;

6) кнопочный пульт;7 ) ведущая труба с кабелем внутри;

8) токо­приемник; 9) кабель наружный;

10) буровой шланг;11) вертлюг; 12) лебедка;

13) автоматический регуля­тор подачи;

14) распределительное устройство высокого напряжения;

15) трансформатор для питания электро­бура;

16) станция управления электробуром.

Послевоенное развитие электробурения

После войны в 1947 г. опытно-конструкторские работы по созданию электробуров возоб­новились с новой силой. В 1948 г. были изготовлены первые безредукторные электробуры с наружным диаметром 250 мм. Испытания на про­мыслах Азербайджана в 1948—1950 гг. и в Башкирии в 1950— 1951 гг. подтвердили их эффективность. С 1952 г. в этих районах началось опытно-промышленное бурение электробурами. Были созданы специализированные цехи электробурения, при этом были достигнуты высокие технические показатели бурения.

Рис. 2. Схема электробуровой установки 60-х гг.

В дальнейшем электробурение нашло применение на промыслах Украины, Куйбышевской области, Туркмении.

Электробур с долотом опуска­ется в скважину на бурильных трубах, через которые прокачива­ется промывочная жидкость. Электроэнергия к нему подводится по кабелю, вмонтированному в бурильные трубы. В токоприемнике кабель вводится внутрь бурильных труб. Наличие в токоприемнике скользящих контактов позволяет в случае надобности проворачи­вать колонну в процессе бурения или вращать ведущую трубу при наращивании. Кабель вмонтирован в бурильные трубы отрезками, которые при свинчивании труб соединяются специальными кон­тактными муфтами, укрепленными в бурильных замках.

Процесс бурения осуществляется с применением автоматиче­ского регулятора подачи долота, соединенного с промежуточным валом лебедки цепной передачей. Регулятор подачи плавно подает долото на забой, замедляет или ускоряет подачу в зависимости от загрузки двигателя и буримости породы.

В последующие годы в СССР продолжались опытно-конструкторские и исследовательские работы, направленные на повышение эффективности бурения электробуром и надежности его в работе, снижение стоимости проходки, а также на расшире­ние области применения электробуров. Особенно там, где это наи­более экономически выгодно: бурение скважин с применением утяжеленных растворов, управляемое с поверхности бурения на­клонных скважин, бурение глубоких и опорно-технологических скважин, с алмазными долотами, с продувкой забоя газом и про­мывкой аэрированной жидкостью.

Отметим, что и в Европе в эти годы проявлялся значительный ин­терес к электробурению. В частности, в ФРГ выдан ряд патентов на электробуры и токоподвод к ним. Так, например, выдан патент на устройство для глубокого вращательного бурения, подвешенное на канате и приводимое в действие при помощи электричества.

Рис.3. Всесоюзная промышленная выставка. Павильон «Геология, нефть, химия».Турбобуры и электробуры.

Причем в одной из модификаций в нижней части агре­гата предусмотрены оптика и телевизионный аппарат для наблю­дения за бурголовкой. На промысле в ФРГ акционерным обществом по добыче и пе­реработке нефти был успешно применен электробур, разработан­ный фирмами «AEG» и «ITG, Celle». Электробур имел асинхрон­ный трехфазный двигатель (54 кВт, 660 В, частота тока 8—16 Гц, скорость вращения вала 150—330 об/мин.) Длина его составляла 18,6 м, наружный диаметр 254 мм..

В США помимо электробура Форестера и Арутюнова разрабатывалась и испытывалась (в процессе бурения промышленных скважин в Техасе близ Марбл Фоллз) буро­вая установка с гибким кабель-шлангом, на конце которой был укре­плен электробур. Для быстрого и непрерывного подъема гиб­кого шланга (со скоростью 45 м/мин) применяется специальный ретрэктор, состоящий из бесконечной цепи гидравлических зажи­мов. При бурении в твердых гранитах у Марбл Фоллз механиче­ские скорости достигают 1,5-3 м/ч.

Основным преимуществом нового армированного шланга явля­ется высокий предел прочности его на разрыв, роль которого будет возрастать при бурении глубоких скважин. При подъеме гибкого шланга для смены долота может работать один человек. Мощный забойный усовершенствованный двигатель фирмы «Реда» управ­ляется с поверхности. Через кабель-шланг, укладываемый по мере прохождения через ретрэктор в большую корзину, буровой рас­твор циркулирует даже во время спуско-подъема.

Над электробуром на шланго-кабеле работали и во Франции. Установка была смонтирована на судне и была предназначена для бурения на море.^[3]

Электробурение в 80-90 – е годы

Дальнейшее развитие электробурения связано с началом 80-х годов. На ХХVI съезде КПСС, Центральный Комитет КПСС и Совет Министров постановлением от 12 марта 1981 года (п. «О мерах по техническому перевооружению и улучшению организации буровых работ на нефть и газ») предусматривал в 1981-1985 годах и до 1990 года изготовление и расширение применения электробуров и комплектующего оборудования для бурения скважин, оснащение буровых предприятий совершенными техническими средствами, соответствующими лучшим отечественным и зарубежным образцам, внедрение прогрессивной технологии, обеспечивающей высокоэффективное использование современных видов оборудования, новых типов долот.

Наша страна на тот момент занимала ведущее место в мире по использованию электрооборудования на буровых установках. Установленная мощность двигателей на буровых установках достигала 2000 кВт, а на установках для бурения сверхглубоких скважин 4000 - 5000 кВт. На основании этих данных, можно сделать вывод о том, что мощность электробуров за полвека увеличилась в десятки раз (Начиная с модели А.П. Островского, чья мощность составляла 70 кВт). К числу важнейших видов электрооборудования начали относиться погружные приводы электробуров.

В тоже время большой интерес к электробурению проявлялся во Франции, США, ФРГ, Японии и других странах, расширялась область применения электробуров в этих странах .

Современное электробурение

Вопрос о состоянии и перспективах развития элект­робурения обсуждался на заседании Нефтегазовой секции Научного совета по комплексным проблемам энергетики при Президиуме Российской Академии наук в мае 1992 г. Помимо отечественных организа­ций и предприятий заинтересованы в применении электробуров также многие зарубежные фирмы. Од­нако в настоящее время по ряду причин, о которых я поясню чуть ниже, никто официально, кроме от­дельных энтузиастов, проблемами электробурения не занимается.

В заседании приняли участие 26 специалистов из различных организаций, в том числе из районов, где ведутся буровые работы электробуром и производится оборудование для электробурения. Был заслушан до­клад ведущего специалиста в области электробурения Б.И. Абызбаева на тему: «Современное состояние и перспективы применения электробуров для бурения нефтяных и газовых скважин и горных выработок различного назначения». С обсуждением доклада и сообщениями о работах, связанных с электробурени­ем, его проблемах и предложениями по его развитию выступило 14 человек, в том числе: В.А. Акатьев, Е.Ф. Дубровин (ГП «Роснефть»), Р.А Латыпов, В.И. Халявкин (ПО «Башнефть»), Н.Ф. Кагарманов (БашНИ-ПИнефть), Н.М. Банков (ИМЭМО РАН), СВ. Иса­ков, Е.Н. Грискин (СКТБПЭ «Потенциал», г.Харь­ков), Л.Н. Булгаков (НПО «Высокие технологии», г.Ижевск), Б.М. Бреслав (ВНИИ «Электропривод»). Все выступавшие оценивали электробурение как наи­более эффективный и перспективный способ провод­ки скважин.

Оценка применяемых способов бурения

Отношение к электробурению весьма сложное, нет единой точки зрения на него как способа бу­рения, многие не видят в электробуре серьезной конкуренции общепризнанным видам привода доло­та — ротору и гидравлическим забойным двигате­лям. Другие, освоившие электробурение, нао­борот считают электробур вне конкуренции по срав­нению с широко применяемыми способами бурения.

С целью обоснования действительной роли электробуров в современном бурении и разработке научно-технической политики в этой области необходимо пояснить, почему электробурение ранее не нашло широкого распространения ни в СССР, ни за рубежом.

Комплексный углубленный анализ показыва­ет, что электробур, возникнув в СССР практически одновременно с многоступенчатым турбобуром, сразу же начал в то время уступать последнему по очень важным для такого много­факторного и недетерминированного процесса, каким является бурение, показателям. К ним относятся общая возможность реализации спосо­ба в промысловых условиях бурения и соблю­дение важнейших требований по простоте обслуживания процесса и надежности способа при освоении месторождений в относительно не­сложных горно-геологических условиях.^[4]

Преимущества турбобура при этом усилились еще и тем, что его энергетическое обеспечение реализуется с помощью не требующего до­полнительных капитальных затрат повсеместно применяемого в бурении потока бурового раствора, в то время как необходимое для электробурения автономное снабжение электроэнергией во многих районах бурения до сих пор не налажено. К тому же требуется более высокая культура производства и обслуживания, а также строительство баз по про­кату и ремонту электробуровой техники. В этих ус­ловиях электробур рассматривался как привод, пригодный только для использования в частных случаях, когда турбобур и ротор уже неэф­фективны и целесообразно использовать более универсальные возможности электробура.

Электробурение в качестве способа, позволя­ющего эффективно осуществлять управление процессом бурения, получило признание и стало повышать свою роль в этом качестве в течение последнего десятилетия и, в особенности, в связи с широким развитием горизонтального бурения. В настоящее время за рубежом для бурения рото­ром и с применением объемных ГЗД разработаны новые технологические процессы с использо­ванием информационно-измерительных систем типа MWD, работающих на базе забойных датчиков, в основе применения которых лежат гидравлические и акустические каналы связи.

Для зарубежных буровых организаций, отда­ющих предпочтение полностью обоснованным решениям, электробур с самого начала мог привлечь внимание, лишь продемонстрировав решающие преимущества перед роторным способом бурения. Однако электробур в то время, будучи высокооборот­ной машиной, не мог конкурировать с роторным спо­собом, где использовался низкооборотный силовой режим бурения, особенно после создания шарошеч­ных долот с твердосплавным вооружением и гер­метизированной маслонаполненной опорой. Создан­ные позже работоспособные редукторы, снижающие частоту вращения электробура, не смогли в значительной степени изменить положение. По мере развития низкооборотного роторного бурения с вло­жением больших средств на обеспечение его высоко­качественными системами измерений и управления процессом проводки скважин передовым зарубеж­ным фирмам удалось создать высоко конкурентный способ проводки скважин.

Исследования 80-х гг. показали, что наиболее оптимальным является среднеоборотное (а не низкооборотное) бурение, поиск нового привода пошел по пути естественного вхождения его в уже созданную десятилетиями технологию бурения. В технологический процесс был введен объемный гидравлический двигатель, позволяющий решать как задачи совершенствования режима бурения, так и задачу управления траекторией ствола скважины в горизонтальном бурении.

Однако, несмотря на вложенные большие средства и высокое качество разработок, создан­ная в этом случае технологическая система все же является недостаточным и неполным решением, ибо объемные двигатели не могут в нужной мере расширить требуемый диапазон частот вращения и обес­печить плавное регулирование их, а гидравличе­ская система передачи информации и управ­ления траекторией скважины более дорогостоя­щая и обладает меньшей точностью.

В складывающейся ситуации сейчас целесо­образно приступить к ускоренному развитию цель­ной технологической системы на базе электробу­рения, которая позволит без существенных затрат обеспечить научно обоснованные пути развития.^[6]

Особенности электробурения

В связи с тем, что эпоха добы­чи "лёгкой" нефти фактически за­кончилась и теперь приходится ос­ваивать месторождения в отдален­ных и не обустроенных регионах, с увеличенными глубинами зале­гания пластов и тяжёлыми услови­ями бурения, требования к строи­тельству скважин многократно воз­растают. Эффективность примене­ния традиционных способов буре­ния (роторного и с гидравлически­ми забойными двигателями),как и было сказано ранее, достиг­ла почти наивысшей своей точки, исчерпав практически все свои по­тенциальные возможности. Опыт бурения и анализ возможных пу­тей его развития показывают, что наиболее перспективным и эффек­тивным решением проблемы явля­ется электробурение и широкое использование возможностей элек­трической энергии при строитель­стве скважин.

В чем же конкретно заключается преимущество применения электробура для бурения скважин? В основе создания электробу­ра лежит идея использования элек­трической энергии, имеющей сле­дующие особенности:

• сравнительная дешевизна и удобство при передаче на большие расстояния;

• возможность относительно легкого преобразования в другие виды энергии с более высоким КПД, что, в свою очередь, позволяет применить автоматизированные технологические процессы, дистанционное управление и контроль над ними;

• возможность поддержания постоянно высокой мощности за счет компенсации ее потерь в линиях передачи, что позволяет создать высокоэффективный забойный двигатель привода долота с автоматизацией бурового процесса.

Практическое осуществление этой идеи позволяет решить следу­ющие задачи бурения:

• обеспечить высокую мощность на долоте и ее постоянство в про­цессе бурения, независимость от расхода и параметров гидравли­ческого потока;

• контролировать работу доло­та на поверхности и управлять про­цессом разрушения забоя;

• получать информацию с забоя о характере проходимых пород по работе долота.

• бурить сверхглубокие скважины.^[5]

Две важнейшие функции систе­мы электробура - силовой привод долота и средство контроля и уп­равления процессом бурения способны обеспечить решение многих технологических и техничес­ких проблем в этих работах. Оте­чественная телеметрическая систе­ма в электробурении по своим опе­ративным возможностям лучше за­рубежных аналогов, а по стоимос­ти - дешевле в несколько десятков раз.^[4]

Электробуры показали свою на­дёжную работоспособность в са­мых разнообразных условиях: при бурении пород различной твердо­сти (от мягких и высокопластичных до самых крепких и абразивных), в зонах с любыми пластовыми дав­лениями (от аномально-низких до аномально-высоких), с использова­нием любого агента для выноса выбуренной породы (от воздуха и пены до высоковязких утяжеленных растворов).

Скорости и другие технико-эконо­мические показатели электробурения в со­поставимых условиях в 1,3-1,8 раза выше по сравнению с другими ши­роко применяемыми видами при­вода долота (гидравлическими за­бойными двигателями и ротором), а стоимость одного метра проход­ки меньше на 10-15%. Электро­бурение позволяет применять энерго- и ресурсосберегающие технологии. По сравнению с тур­бинным бурением для него харак­терен меньший расход электро­энергии (в 1,5-1,8 раза), меньший износ бурильных труб (в два раза) и всего бурового оборудования, по­скольку процесса бурения осуще­ствляется в более рациональных режимах и при меньших давлени­ях в гидравлической циркуляцион­ной системе.^[4]

Эффективность применения электробурения и его оценка как способа решения проблем буровых работ

Электробур применяется как высокоэффективный забойный двигатель для привода долота. Од­новременно он используется как датчик для получения режимных и других параметров, позволяя оперативно управлять процессом бу­рения. Его задействуют и как инструмент для проведения исследований с целью разработки рекомендаций для всех способов бурения. Он позволяет осуществлять самые передовые технологии с реализацией следующих основных функций: управление ре­жимами бурения и траекторией ствола скважины, предупреждение аварий, идентификация геологичес­кого разреза в процессе бурения и автоматизация системы провод­ки скважин.

Актуальность применения элек­тробурения определяется тем, что оно позволяет значительно снизить загрязнение окружающей среды и лучше сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта, а это дает возможность уменьшить сроки освоения скважин . Элек­тробурение позволяет также ком­плексно решать следующие техни­ко-технологические задачи при строительстве скважин благодаря наличию токоподвода, питающего электробур :

• использовать исполнительные механизмы и устройства с элект­роприводом и электрическим кана­лом связи и управления;

• применять электрические дат­чики контроля состояния скважины и происходящих в ней процессов;

• расширять функциональные возможности промывочного раство­ра и других технологических жид­костей и смесей.

Другим направлением применения электрической энергии в буровых работах является её использо­вание для разрушения горной породы с после­дующим доразрушением механическим способом - долотом режущего типа, позволяющим формировать ствол скважины. Благодаря электроимпульсному воздействию на породу становится возможной работа такого долота в породах любой прочности. Эффект разру­шения забоя путем прямого воздей­ствия электрической энергии состо­ит в том, что при подведении к двум любым близлежащим точкам за­бойной поверхности высоковольт­ного электрического импульса боль­шой мощности между ними в по­роде возникает канал пробоя с последующим микровзрывом поро­ды под давлением образовавшей­ся плазмы.

Электрический пробой между двумя точками (электродами) при­водит к образованию ударной волны, преобразующей электричес­кую энергию в механическую энер­гию взрыва окружающей породы. Применение такого способа позволяет значительно снизить энергоёмкость разрушения поро­ды и потребную мощность забой­ного двигателя (электробура в 3-4 раза), поднять скорость бурения в 4-5 раз, уменьшить на порядок величину осевого воздействия на долото. Последнее особенно важ­но при бурении горизонтальных скважин, так как в этом случае создание нагрузки на долото яв­ляется большой проблемой.

Технология электробурения, кроме технических средств, включающих также информационные, конт­рольно-измерительные и компью­терные системы, требует наличия высококвалифицированных испол­нителей и строжайшего соблюде­ния технологической дисциплины. Но как при ограниченных инвести­ционных возможностях выбрать перспективный и реальный путь развития и внедрения этой техно­логии? Прежде всего, необходимо опираться на имеющийся отече­ственный опыт бурения, на соб­ственные технологии, что потребует вложения гораздо меньших средств. С учётом возможностей предприятий оборонного комплек­са и доступных инвестиций приме­няемые ныне в России технологии могут и должны совершенствовать­ся.

Электробуры начали приме­няться также в проходке под раз­личными преградами для проклад­ки трубопроводов и ин­женерно-технических коммуника­ций, при бурении скважин на воду, под фундаменты опор мостов, в угольной промышленности, при строительстве зданий и метро. По мере создания новых образцов электробуровой техники необходи­мо расширять зоны её примене­ния там, где она наиболее эффек­тивна. Практика показала, что элек­тробурение может быть перспек­тивным не только в качестве базо­вого способа строительства сква­жин, но и как основное на­правление развития буровых работ. Для решения проблем элек­тробурения в России создана на­учно-производственная фирма (НПФ) "Электробур". На За­паде также серьезно стали инте­ресоваться электробурением, осо­бенно после выступления наших специалистов на международной конференции в США (Сан-Антонио, октябрь, 1997 г.).^[4]

Рис. 4,5. Современная электробуровая установка.

Валерий Филлипович Фисенко – первый буровик Антарктиды

В своем реферате я бы также хотел отметить и вклад «Горного» университета в развитие электробурения. 22 февраля 2009 года исполнилось 40 лет первой ледовой буровой уникальной конструкции, с помощью которой российские ученые исследовали тайны глубин Антарктиды. Установку придумали и построили три инженера. Последний из них, Валерий Фисенко, жил в Петербурге. Сразу после окончания Горного института он занялся разработкой электробура для проделывания скважин во льду - по просьбе Института Арктики и Антарктики. Ученым необходим был лед с глубин Южного полюса, который за тысячелетия сохранил в себе пузырьки воздуха и микроорганизмы. Для страны это был огромный прорыв в науке, а для Фисенко - первый поход в Антарктиду. По пути их дизель-электроход «Обь» застрял во льдах с сорока тоннами взрывчатки на борту. Решили прокладывать путь по-боевому.

Валерий Фисенко, инженер, изобретатель первого электробура для бурения скважин во льду: «Пилили эти шашки под носом «Оби», устанавливали все это. Страшно, если эти 40 тонн взлетят на воздух, то ничего не останется ничего совсем. Обь задним ходом ушла от нас. А мы стоим вдвоем. Пришла».

Первая экспедиция оказалась неудачной - буровая не сработала. Была еще вторая и третья попытка. Работа при температуре -55 градусов, борьба с постоянными ветрами и метелями, риск остаться на зимовку. В 70-м году на Южный полюс пришла радиограмма - благодарность за самоотверженность и труд, - которая согрела сильнее ожидания возвращения домой. Валерий Фисенко вспоминает - было примитивное оборудование и инструменты. А первая шахта буровой даже испугала американцев.

Валерий Фисенко, инженер, изобретатель первого электробура для бурения скважин во льду: «Первый самый, когда монтировали, американцы подумали, что ракетную установку строим».^[7]

Заключение

Рассмотрев достаточно большой материал, касающийся развития электробурения в нашей стране и за рубежом, мы можем сделать ряд выводов. Во-первых, электробурение является одним из самых поздних основных способов бурения. Но даже за свою непродолжительную историю оно претерпевало значительные изменения. Начиная от первых электрических перфораторов и кончая современными мощными электробурами. Во-вторых, электробурение не получило, к сожалению, широкого применения ни в СССР, ни в других странах мира. Да и на сегодняшний день его разработкой занимаются немногие специалисты и компании. Как я уже отмечал выше, наиболее популярными способами бурения скважин являются роторное и турбинное. Но у электробурения есть ряд преимуществ, которые в конечном итоге, надеюсь, изменят положение вещей в буровой промышленности. Выделим основные из них. Использование электроэнергии в сква­жинах даст по сравнению с други­ми видами энергии значительные преи­мущества. Электричество является наиболее удобным и деше­вым видом энергии для ее передачи на большие рас­стояния. При этом возможна компенсация потерь мощности в линиях передачи за счет повышения на­пряжения питания. Электроэнергию сравнительно легко преобразовать в другие виды энергии с более высоким КПД, что в свою очередь позволяет осуще­ствлять автоматизированные технологические процес­сы при помощи информационно-измерительных сис­тем, а также дистанционное управление и контроль технологических параметров процесса. В основе со­здания электробуров лежит идея максимального ис­пользования этих особенностей электрической энер­гии при ее применении для привода рабочего органа. При переносе электродвигателя на забой скважины решена труднейшая задача по осуществлению его работы в условиях высоких температур, давлений и вибраций. Электробуры применяются и успешно работают в самых разнообразных условиях: при бурении пород различной твердости (от мягких и высоко пластинных до самых крепких и абразивных), в зонах с любыми пластовыми давлениями (от аномально-низких до аномально-высоких).^[5]

Электробурение дейст­вительно доказало свою эффективность, получило признание у буровиков, освоивших этот способ буре­ния, но массовое общественное мнение о нем осталось прежним. Возможно, кому-то выгодно, чтобы данный способ бурения не развивался. Ведь на начальном этапе он потребует больших затрат, но даст огромные выгоды в будущем. Но мы, к сожалению, пока на это повлиять не можем. Да и это совершенно другой разговор…

Проблемы электробурения вызваны, на мой взгляд, не столько осо­бенностями этого способа бурения, сколько отноше­нием к нему, недооценкой его роли в решении общих задач бурения. Трудности в освоении электробуровой техники, связанные в начальный период с несовер­шенством ее конструкций, а также с требованиями более квалифицированного подхода при ее обслужи­вании по сравнению с турбобурами, также способст­вовали к порождению негативного отношения к элек­тробурению. Оно осталось и теперь со всеми вытека­ющими отсюда последствиями в вопросах финансиро­вания и выделения средств на его развитие.

Хронология событий

1879 г.	Неудачная попытка применения Вернером Сименсом электрического тока для приведе­ния в действие штока бурильной машины (перфо­ратора).
1885 г.	Повторение опыта Сименса американцем Вестингаузом. Эксперимент не удался.
1897 г.	Русский инженер В.И. Делов предложил электрический автоматический аппарат для ударного бурения, спускаемый в скважину на канате.
1909 г.	Дудниковский и Потворский (Австро-Венгрия) предложили аппарат для глубокого вращательного бурения, пред­ставляющий электродвигатель, непосредственно соединенный со шнеком и долотом и опускаемый в скважину на канате с электро­кабелем.
1914 г.	Студент Петербургского политехнического института А. Арутюнов предложил в 1914 г. наполнять электродвига­тель маслом, создавая при помощи поршня давление внутри двигателя, превышающее давление окружающей среды.
1918 г.	Для снижения числа оборотов долота электробура французское общество «Ситроен» предложило многоступенчатый редуктор ори­гинальной конструкции, имеющий небольшие габаритные размеры.
1929 г.	И. Ф. Мухартов предложил электробур с редуктором и приспособлением элеваторного типа для удаления выбуренной горной породы.
1930 г.	Г. 3. Налбандов сконструировал более совер­шенный маслонаполненный редукторный электробур.
1933 – 1934 гг.	Начало конструирования новых электробуров для вращательного бурения, опускаемых в скважину на кабеле-канате или на обсадных трубах.
1935 г.	Т. Я Евсюков предложил заключать электродвигатель с привод­ным механизмом в кожух, представляющий собой воздушный колокол.
1937-1940 гг.	Создание первого электробура, нашедшего промышленное применение ин­женерами А. П. Островским, Н. В. Александровым, Н. Г. Григоря­ном, А. Л. Ильским и другими. Фирма «Малтископ» (Кофивил, Канзас) доработала электробур Форестера, особенностью которого является использование обсадных труб в качестве буриль­ных.
1947 г.	В США впервые был испытан спускаемый на кабеле - канате электробур системы А. Арутюнова (фирма «Реда»).
1948 г.	Были изготовлены первые безредукторные электробуры с наружным диаметром 250 мм (активное применение на промыслах в Азейбарджане и Башкирии).
1960 г.	На промысле в ФРГ акционерным обществом по добыче и пе­реработке нефти был успешно применен электробур, разработан­ный фирмами «AEG» и «ITG, Celle».
12 марта 1981	Центральный Комитет КПСС и Совет Министров приняли решение о расширении в 1981-1985 годах и до 1990 применения электробуров и комплектующего оборудования для бурения скважин, оснащении буровых предприятий совершенными техническими средствами, соответствующими лучшим отечественным и зарубежным образцам.
1992 г.	На заседании Нефтегазовой секции Научного совета по комплексным проблемам энергетики при Президиуме Российской Академии наук обсуждался вопрос о состоянии и перспективах развития электробурения.
1997 г.	Создание на­учно-производственной фирмы (НПФ) "Электробур" для решения проблем электробурения в России.

22 февраля 2009 года исполнилось 40 лет первой ледовой буровой уникальной конструкции, с помощью которой российские ученые исследовали тайны глубин Антарктиды.(был использован электробур).

Список литературы

1. Копылов В.Е. Бурение? Интересно! – М.: Недра, 1981 – 160 с.

1. Лисичкин С. М. Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности. Дореволюционный период. - М. - Л.: Гостоптехиздат, 1954.

1. Фоменко Ф. Н. Бурение скважин электробуром. - М., 1974.

1. Б.И. Абызбаев. Перспективы развития электробурения как высокотехнологичного способа строительства нефтяных и газовых скважин // Нефть, Газ и Бизнес. - 2001. - № 2. с 57-60.

1. Б.И Абызаев, Б.В. Байдюк, Б.М. Курочкин. Перспективы применения электробуровой техники при решении сложных задач бурения // Бурение скважин.- 1999.- № 9.с 17-20.

1. Н.К. Байбаков, Б. И. Абызбаев и др. Электробурение как базовый способ строительства нефтяных и газовых скважин // Техника и технология бурения. – 1999.- с 11-12.

1. http://www.mosgeonet.ru/news/?news=34352.

1. Н.К. Байбаков. Насущные вопросы электробурения // Бурение скважин. – 1996. – с 25.

Код для цитирования: Скопировать