ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Совершенствование современных методов бурения СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

В данном разделе будет рассмотрено несколько методов глубо­кого бурения. Типы скважин, полученных при использовании этих методов, показаны на фиг. 2.12.

Одиночная буровая скважина. Типичной при глубоком бурении яв­ляется одиночная скважина, получаемая при роторном бурении в оса­дочных породах (фиг. 2.12). Хотя такая скважина является наибо­лее экономичной при бурении на большие глубины, она обладает мно­гими недостатками. В осадочных породах диаметр скважины в общем случае не может оставаться постоянным, а должен сокращаться с глубиной из-за необходимости крепления скважины обсадными тру­бами. Поэтому запланированная конечная глубина не может быть превышена путем простого изменения проекта бурения, поскольку при этом слишком малым становится диаметр скважины. Кроме то­го, скважина все время должна быть заполнена буровым раствором для противодействия пластовому давлению. Любые измерения по разрезу скважины и в проходимых породах ограничены, так как затруднен доступ через колонну обсадных труб и соответствующее предохранительное оборудование.

Однако при бурении в изверженных породах существует целый ряд способов повышения эффективности бурения. Роторный метод дробления и измельчения породы был усовершенствован путем ис­пользования водяных струй, гидравлических и турбинных двигателей, устанавливаемых на забое скважины, а также путем использования бурового инструмента большого диаметра. Эти усовершенствования привели к увеличению скоростей проходки без каких-либо значитель­ных изменений в существующих методах бурения, которые исполь­зуются для проходки на глубины до 9 км, но ограничены глубиной

Фиг. 2.12. Типы глубоких скважин [і].

15 км. Значительные усилия в последнее время были сконцентрирова­ны на усовершенствовании и создании новых буровых головок с уве­личенным сроком службы, что позволяет сократить число операций подъема и спуска буровых труб. Однако ни одно из указанных усовер - ' шенствований для однотрубной скважины не позволит достичь глубин, превышающих 15 км.

Телескопическая скважина. Телескопическая скважина (фиг. 2.12) позволяет использовать различные технологии бурения и порядок ве­дения работ, включая возможные временные задержки при переходе к следующей ступени. Бурение таких скважин проводится в Советс­ком Союзе. Сначала могут использоваться обычные методы ротор­ного бурения, затем на глубинах до 9 км — автоматическое роторное бурение, которое ускоряет работы с бурильными трубами на поверх­ности. На завершающем этапе бурения скважины можно использоЁать более совершенные турбобуры.

^пользование буров большого диаметра при проходке ствола под первую колонну позволяет сократить время спуска и подъема бу­ровых труб, а следовательно, повысить эффективность и снизить за­траты на бурение. Затраты на бурение ствола большого диаметра не превышают обычных затрат при роторном бурении. Постепенное из­менение диаметра скважины может поэтому привести к линейному росту затрат с увеличением глубины, в то время как обычно они воз­растают экспоненциально. Дополнительные преимущества скважин большого диаметра будут рассмотрены далее.

Ступенчатая скважина большого диаметра. Такая скважина боль­шого диаметра (фиг. 2.12) является следующим этапом развития толь­ко что описанной скважины, в которой лишь первая ступень имеет большой диаметр. В данном случае скважина большого диаметра про­должается вниз ступенчато и со сдвигами.

Такую скважину можно пройти с помощью роторного бурения, полуавтоматического и автоматического бурения или с помощью взрывов. Преимущества скважины большого диаметра: доступность забоя скважины для человека, возможность создания горизонталь­ных туннелей, образование нескольких ступенчатых стволов, распо­ложенных один над другим, и постоянный большой диаметр.

Ступенчатые сдвоенные скважины большого диаметра. Исполь­зование сдвоенных скважин большого диаметра (фиг. 2.12) имеет ряд значительных преимуществ. Около 50% раздробленного грунта мож­но извлечь механическим способом после его сбора в забое, а не с помощью бурового раствора. Такая система обеспечивает двойной доступ почти ко всем точкам, а также вентиляцию и охлаждение.

Важнее всего, что любая глубина может быть выбрана за новый рабочий уровень, что понижает затраты на бурение по сравнению с сооружением одной обычной глубокой скважины. Поскольку при со­оружении сдвоенных скважин могут быть использованы строительные методы и большая часть оборудования становится непосредственно доступна человеку, то все это способствует завершению строитель­ства в соответствии с планами.

Бурение сверхглубоких скважин с помощью роторных методов становится недопустимо дорогим. Так, при нормальных геологичес­ких условиях стоимость скважины глубиной 15 км при роторном бу­рении может составить 20 - 30 млн. долл. Из этой стоимости затра­ты на соответствующие интервалы глубин составляют:

При двухствольной системе скважин большого диаметра скважины глубиной 3 км могут быть выполнены и ниже уровня в 15 км при со­хранении низкой стоимости бурения. Хотя подобное решение может значительно снизить затраты на бурение сверхглубоких скважин, но при этом необходимо создавать системы жизнеобеспечения на раз­личных уровнях, что в свою очередь может повысить стоимость всей системы. Подробный анализ технико-экономических показателей та­кой системы необходимо проводить по мере развития техники и но­вых методов бурения. Из рассмотрения этих методов можно сделать следующие выводы.

1. Ни один из известных и используемых методов бу­рения скважин не может быть рекомендован для проходки на очень большие глубины. Эти методы включают роторное бурение и его модификации - турбобурение, бурение сква­жин большого диаметра, бурение с помощью высоконапор­ных струй или путем плавления породы; автоматические, полуавтоматические методы и с ручным управлением, а также комбинации бурения, разрушения взрывом и подъема породы.

2. Ни один из методов бурения не является ЭКОНОМИЧ­НЫМ при создании сверхглубоких скважин. Вероятно, лишь сочетания различных методов смогут обеспечить приемле­мые характеристики и экономические показатели, отвечаю­щие конъюнктурным соображениям.

3. Весь процесс создания скважины должен быть спла­нирован и определен до начала работ. Если используются ступени, каждая из них должна быть объединена с любой другой ступенью.

4. Начальный диаметр скважины должен быть по воз­можности большим, а его сужение по глубине - минималь­ным. Лишь это может позволить осуществить проходку сква­жины на большие глубины.

5. Чтобы сдвоенные скважины могли соединяться цр. любом уровне, они должны буриться одновременно и быть
расположены на близком расстоянии друг от друга. При оп­ределенных условиях проходка двух соединенных скважин на большие глубины может привести к снижению затрат, по­зволит применять специальные методы освоения геотермаль­ных ресурсов и улучшит эксплуатацию скважины.