Нефтяной фонтан

Ф. БУДНИКОВ

Около 1500 лет назад ученый Приск Панийский писал о стране, «где из подводной скалы поднимается пламя»: он побывал на берегах Каспийского моря и видел его «вечные огни». Они и теперь горят в окрестностях Баку и на горе Аташка к западу от него.

Подземные сухие газы через трещины находят выход на поверхность. Воспламенившись, они горят иногда в течение сотен лет не погасая. Бывает, газы в громадных количествах прорываются сразу и уничтожают целые горы. Так взорвалась полвека назад гора Бандайсан в Японии, — это было извержение «газового вулкана».

А если подземные газы на своем пути захватывают жидкую грязь, то происходит извержение «грязевого вулкана».

Вот что говорит очевидец грязевого извержения: «То, что я увидел в первый момент, я принял за черное облако, но это была грязь, поднявшаяся много выше деревьев».

Грязевое извержение может причинить немало бедствий: залить возделанные участки, разрушить здания и погубить людей, а пользы от выброшенной грязи нет никакой.

Другое дело «извержение нефти» — нефтяной фонтан. Он дает сотни тысяч тонн «черного золота» — драгоценной нефти.

Пятьдесят лет назад в Баку забил фонтан, выбрасывавший по 12 тыс. т нефти, а в 1916 г. в Мексике фонтан давал по 40 тыс. т в сутки! Полсотни поездов нужно было бы отправлять ежедневно, чтобы перевозить нефть. Вот только собирать и сохранять ее нелегко.

Поток нефти, стекающей в амбар фонтанирующей буровой № 45 в Баку (Лок-Батан). Фонтан выбрасывал 15—20 тыс. т в сутки.

Нефтяной фонтан, как и газовое извержение, — катастрофа: нефть и газы со страшной силой вырываются из земли, ломают и выбрасывают буровой инструмент, разбивают крепкую буровую вышку. Нефть потоками устремляется в ложбины, заливает окрестности и часто уходит в ближайшую реку, а если загорится, — это страшное бедствие. Пожар нефтяного фонтана потушить очень трудно. Вся выброшенная нефть погибает. Немалая опасность угрожает тогда населению окрестностей, поэтому «звуки фонтанов печальны для нефтяников», говорит американец Хагер.

Но нефтяные фонтаны сами не прорываются, их устраиваем мы, значит, не нужно этого делать, скажете вы. Это и верно и не верно: правда, нефть вырывается фонтаном через искусственное глубокое отверстие в земле — скважину, которую делают для добывания нефти из-под земли, но фонтана никто не хочет; только не всегда удается перехватить его или, как говорят, «закрыть» фонтан.

Трудно предсказать, поднимется ли нефть в скважине спокойно или вырвется фонтаном: если в ней мало газов —  поднимется спокойно, если их много — ударит фонтан. Вот тут-то и нужно быть готовым перехватить и удержать струю нефти. А если не перехватить, вся работа по бурению скважины может погибнуть.

Скважины для добычи нефти бывают очень глубокие, до 3500 м глубины. У нас в Баку есть скважины глубиною более 2 тыс. м.

Чтобы пробурить их, нужны особые инструменты и сооружения.

В мягкой земле и глине бурить нетрудно. Бур, похожий на штопор, легко углубляется в землю. Уже более двухсот лет назад на Пермских соляных промыслах бурили скважины таким способом. В твердых горных породах нужны другие способы бурения.

Говорят, капля воды точит камень. Когда же в одну точку бьет не капля, а тяжелое стальное долото, оно пробурит любую твердую породу.

Так и делают. На длинной штанге подвешивают к балансиру бурового станка громадное долото.

Балансир качается то вверх, то вниз, а долото бьет в дно скважины. Но не думайте, что можно наглухо прикрепить долото к штангам и так работать: все штанги при этом очень скоро изогнутся и поломаются. Так можно бурить только неглубокие скважины.

При глубоком же бурении делают иначе: между долотом и штангами помещают раздвижные «ножницы» — долото ударится о дно скважины, а ножницы сдвинутся, и на штанги удар не передастся.

Балансир качается вверх — вниз, вверх — вниз. Долото то поднимается, то опускается и каждый раз ударяет в дно скважины.

От удара долота на дне скважины получается канавка, но штанга понемногу поворачивается, и порода скалывается слой за слоем. Скважина постепенно углубляется. Если приспособить долото так, чтобы оно не опускалось, а падало, то удар был бы еще сильней.

Придумали, как и это сделать: долото подвешивают к «фрейфалу».

Фрейфал — труба с продольными прорезами по бокам. Внутри трубы стержень, на котором висит долото, сквозь стержень проходит клин, концами он входит в прорезы трубы.

Когда балансир опустится вниз, особый вырез в трубе подхватывает клин стержня. Вместе с балансиром долото поднимается вверх. В верхнем положении балансира резким поворотом штанги выдергивают клин из выреза, и долото падает, скользя клином в прорезах трубы. Подхватывание долота и сбрасывание его вниз делают поворотом штанги от руки. Это очень утомительная работа, и, чтобы облегчить ее, у нас в Баку часто применяют теперь автоматические фрейфалы. Они сами подхватывают и сбрасывают долото во время качания балансира.

Чтобы легче было бурить, в скважину подливают воду. Когда измельченной породы накопится много, ее нужно выбрать. Бурение останавливают. В скважину опускают на стальном канате желонку. Она быстро заполняется грязью. Подняв на поверхность, ее опорожняют и опять опускают в скважину за новой порцией.

Чтобы вытащить долото, нужно развинтить штанги. Если развинчивать их все, очень много времени уйдет на это. Вот и решили разбирать ее кусками — по две штанги. Для развинчивания штанг строят высокие буровые вышки.

Такие вышки бывают до 20 м высотой. Рабочие стоят на полках вышки, развинчивают звенья штанги и отставляют их в сторону.

Буровая вышка над скважиной. Возле скважины буровой станок. На верху вышки блоки для подъема штанг из скважины.

Много хлопот с таким инструментом: уходит время на свинчивание и развинчивание штанг: при большой глубине вес штанги очень велик, — нужны тяжелые станки и сильные машины.

*

В Китае уже 2 тыс. лет назад бурили долотом на канате, привязанном к концу доски, доска подперта посредине; на одном конце ее с утра до вечера скачет человек, а другой конец доски то поднимает, то роняет буровой инструмент. Там и теперь можно встретить такое бурение. Много терпения нужно при этом способе.

В Америке и Европе в XIX в. узнали о китайском способе и также стали заменять штангу канатом. Только здесь уже никто не прыгал, а инструмент поднимала и опускала машина. Этот способ быстро распространился в Пенсильвании.

Бурение на канате часто ведут переносными танками, которые легко разбираются на части и быстро собираются на новом месте.

Стенки скважины во время бурения могут обрушиться, — тогда пропала вся работа. Значит, нужно их укрепить. Это делается железными трубами: в скважину задавливается или забивается наращиваемый сверху столб железных груб. Отдельные трубы склепываются между собой или соединяются нарезными муфтами. На нижнем конце столба обсадных груб насажен режущий башмак. Он облегчает их опускание вниз.

Лет 40 назад в Америке попробовали не бить долотом в дно скважины, а вращать его вокруг оси. Чтобы при вращении оно скалывало породу, ему придали особую форму — «рыбий хвост». Такое долото или сверло вращается на штанге в скважине и пробуривает самые твердые породы. Бывают сверла и другой формы.

Вращение производится «ротором», устанавливаемым над скважиной. Во время бурения скважину промывают глинистым раствором. Промывка удаляет раскрошенные горные породы и очищает скважину. Глинистый раствор не только очищает скважину, но и укрепляет стенки ее. При таком бурении скважину можно пробурить на большую глубину, не опуская обсадных труб. По окончании бурения сразу опускается вся колонна их.

После революции вращательное бурение на нефть стали вводить и у нас в Союзе, а раньше оно применялось только за границей.

Позднее придумали другой способ: вместо сверла вращают трубку с коронкой, на которой насажены алмазы.

Алмаз тверже любого камня. Он прорезает дорогу трубе, которая постепенно опускается вниз, а внутри трубы остается колонка пробуренной породы — керн. Ее периодически особым «рвателем» обламывают и поднимают на поверхность.

Бурение ведется специальными станками. Алмазное бурение особенно пригодно для разведки: оно дает хорошие образчики проходимых скважиной пород.

Буровой станок для вращательного алмазною бурения.

При обычном бурении приходится вращать очень длинную колонну труб, она изгибается и скважина получается искривленной.

Две скважины, заложенные в расстоянии 100 м одна от другой, на глубине 1 тысячи м оказываются почти рядом. Чтобы избежать этого, нужно перенести вращение вниз, оставив колонну труб неподвижной. Это и сделал советский инженер т. Капелюшников. Он установил на дне скважины небольшую турбину. Глинистый раствор, накачиваемый по трубам в скважину, вращает турбину и одновременно промывает скважину. Турбина делает 1600—2100 оборотов в минуту. Особой передачей вращение передается сверлу. Оно делает 70—80 оборотов в минуту. Турбобур инженера Капелюшникова получил широкое распространение на нефтяных промыслах Союза.

Прорезая пласты, можно встретить водоносный пласт. Его нужно тщательно закрыть, чтобы вода по скважине не подала вниз: она может заглушить нефть и испортить скважину. Чтобы этого не случалось, при встрече с водоносным пластом пространство между стенками скважины и обсадными трубами заполняют раствором цемента. Цемент затвердевает и не пропускает воду в скважину.

Раствор заливают по трубкам, опущенным в скважину за обсадными трубами, а когда скважина приближается к нефтеносному пласту, тут уж нельзя зевать — вырвется фонтан нефти и наделает бед: инструмент поломает и выбросит вон, разобьет вышку; сама скважина под давлением оседающих пород портится или даже погибает.

*

Прежним нефтепромышленникам-капиталистам в Баку нравились фонтаны: сколько нефти сразу можно получить и какая «реклама» для фирм! Теперь же фонтан может вырваться только по недосмотру. Заканчивая скважину, нужно быть готовым захватить струю нефти в свои руки. Для этого на устье скважины заранее надевается массивная задвижка. Она в случае надобности наглухо завинчивается и не допустит фонтанирования.

Арматура на буровой скважине, дающая возможность по мере надобности выпускать нефть из фонтанирующей скважины. Изображен момент выпуска нефти.

С такой задвижкой можно постепенно выпускать нефть, разумно используя давление газов. А при фонтане они сразу вылетели бы из скважины, как вылетает сильно газированная вода или квас при неумелом откупоривании бутылки. Нефтяные фонтаны не страшны современной технике. Она научилась управлять «нефтяными извержениями» и извлекать большую пользу из этого грозного явления природы.