Газовая скважина — устройство, виды, бурение и безопасность

Газовая скважина — это буровое сооружение, предназначенное для добычи природного газа из подземных пластов. От нефтяной и водяной она отличается конструкцией, условиями бурения и требованиями к оборудованию. В этой статье разберём, как устроена газовая скважина, какие виды существуют, как проходит бурение и что обеспечивает безопасную эксплуатацию.

Газовая скважина — цилиндрический канал в земной коре, пробурённый до газоносного пласта. Газовый пласт — это пористая горная порода (песчаник, известняк), насыщенная природным газом под давлением. Она вскрывает пласт и создаёт управляемый канал для подъёма газа на поверхность.

Глубина варьируется от нескольких сотен метров до 6–7 километров в зависимости от залегания продуктивного горизонта. Диаметр ствола на устье — 300–500 мм, у забоя (нижней точки) сужается до 100–150 мм.

Газовые скважины делятся по назначению на несколько типов.

Добывающая газовая скважина

Основной тип. Предназначена для подъёма природного газа из продуктивного пласта на поверхность. На крупных месторождениях одновременно работают десятки и сотни добывающих скважин.

Разведочная газовая скважина

Бурится для подтверждения наличия газа в новом районе, определения глубины залегания пласта и его характеристик. Если запасы газа экономически невыгодны, разведочную скважину ликвидируют.

Нагнетательная газовая скважина

Используется для закачки газа или воды в пласт с целью поддержания пластового давления. Это продлевает жизнь месторождения и повышает коэффициент газоотдачи — процент извлечённого газа от общих запасов. Нагнетательные скважины обязательны на истощённых месторождениях, где пластовое давление упало ниже рабочего.

Наблюдательная газовая скважина

Предназначена для мониторинга давления и состояния пласта без добычи. Полученные данные используют для управления разработкой месторождения.

Конструкция включает несколько ключевых элементов.

Устье — наземная часть газовой скважины. Здесь устанавливается фонтанная арматура: система задвижек и клапанов, которая управляет потоком газа и перекрывает скважину в аварийных ситуациях. Устье газовой скважины оснащается датчиками давления и температуры.

Обсадная колонна — набор стальных труб, скреплённых от устья до забоя. Она выполняет три функции: укрепляет стенки ствола, изолирует газоносный пласт от других горизонтов и создаёт герметичный канал для движения газа.

В конструкции используется несколько колонн разного диаметра, вложенных одна в другую. Пространство между колоннами цементируется — это предотвращает межпластовые перетоки газа и воды.

Для соединения ствола газовой скважины с продуктивным пластом выполняется перфорация — прострел отверстий в обсадной трубе и цементном кольце специальным зарядным устройством (перфоратором). Через перфорационные отверстия газ из пласта поступает в ствол.

Бурение газовой скважины ведётся роторным или турбинным способом. При роторном бурении вращение долота передаётся с поверхности через бурильную колонну. При турбинном способе долото вращает забойный гидравлический турбодвигатель, который работает от потока промывочной жидкости. Турбинный метод предпочтителен на больших глубинах, где потери на кручение бурильной колонны становятся критическими.

Промывочная жидкость (буровой раствор) при бурении газовой скважины выполняет четыре функции: охлаждает долото, выносит выбуренную породу на поверхность, создаёт давление на стенки ствола и предотвращает выброс газа.

По мере углубления ствола последовательно спускают и цементируют обсадные колонны. Каждая колонна перекрывает отработанный интервал и создаёт основу для следующего этапа бурения.

Фонтанная арматура (ФА) — наземное оборудование на устье газовой скважины. Она состоит из колонной головки, трубной головки и ёлки — вертикальной системы задвижек и штуцеров, которые регулируют объём добычи.

Штуцер — дроссельное устройство с отверстием заданного диаметра. Размер штуцера определяет объём добычи: чем больше отверстие, тем выше дебит, но тем быстрее падает пластовое давление.

Пластовое давление в газовой скважине зависит от глубины залегания пласта и может достигать 30–80 МПа (мегапаскалей). На устье давление снижается до 5–25 МПа за счёт гидравлических потерь в стволе. Перед подачей в газопровод газ дросселируется и осушается на установке подготовки газа.

Газовая скважина относится к объектам повышенной опасности. Основные риски при эксплуатации газовой скважины — открытый выброс (фонтанирование) и разгерметизация обсадной колонны.

Предотвращение выброса обеспечивается противовыбросовым оборудованием (ПВО) — устьевым превентором, который автоматически перекрывает газовую скважину при аварийном росте давления. ПВО обязательно при бурении и капитальном ремонте.

Контроль состояния ведётся с помощью телеметрии: датчики давления, температуры и расхода газа передают данные в режиме реального времени на диспетчерский пункт.

Газовая скважина — управляемый канал от поверхности до газоносного пласта, укреплённый стальными обсадными колоннами и оснащённый фонтанной арматурой. По назначению газовые скважины делятся на добывающие, разведочные, нагнетательные и наблюдательные. Газ поступает в ствол через перфорационные отверстия, поднимается на устье и регулируется штуцером. Безопасность газовой скважины обеспечивается противовыбросовым оборудованием и непрерывной телеметрией.