Это – продолжение начатого ранее материала про Хьюстонский Музей Естественных Наук.

Значительная часть музея посвящена нефти и её добычи. Хьюстон “построен” на нефти, поэтому и экспозиция посвященная оной – большая, подробная и интересная. Я специально попросил отца, чтобы он составил нам компанию в посещении музея. Будучи профессионалом в области теории и практики добычи нефти и всего, что с ней связано, он устроил нам такую лекцию, проиллюстрированную экспонатами музея, что любой экскурсовод спустил бы свой сертификат в унитаз и повесился от зависти. Когда-то давно, я подобную лекцию в его исполнении уже слышал. В этом же самом музее. Теперь настал черед следующего поколения – дочь фтыкала в тему не менее заинтересованно. Да и сам я с удовольствием послушал все еще раз.

* * *

Сам я не настоящий сварщик и пересказывать вынужден своими словами. Тут уж, простите, если кому что с терминологией не так…

Ну, вот, например, большинство людей думают, что нефтяная скважина это просто очень глубокая дырка в земле. Поставили вышку, запустили мотор и сверлят до победного. Ну, может кто-то подозревает, что все “немного сложнее”, но мало кто понимает, насколько это на самом деле офигенски непростой процесс… Давайте я вам расскажу, как на самом деле сверлят дырки в земле. Упрощенно, чисто с технической точки зрения.

Оставим в стороне эпопею по доставке вышки на место работ. Хотя по рассказам отца это не менее эпическое приключение, чем бурение самой скважины. Только представьте чего стоит, скажем, в Сибири, например, перебросить много-много тонн оборудования через бескрайние болота и непролазную тайгу на сотни километров от ближайшего подобия дороги. Это не в лес за грибами сходить… Но, предположим, вы как-то все это смогли притащить и установить где надо. Теперь вам предстоит просверлить эту самую “глубокую дырку” в земной тверди.

Сперва вам нужно преодолеть слой земли и мягкой почвы. Для этого используется специальный бур… Вот тут на фото, самый крайний (и ржавый) слева:

Им вы делаете т.н. направляющий участок скважины. Около пятидесяти метров глубиной. Вынув сверло и лишнюю породу, в полученное отверстие загоняется обсадная металлическая труба соответствующего диаметра:

Потом в эту обсадную трубу, погружается другая труба меньшего диаметра, которую заполняют бетоном. Да, прям в нее заливают:

при помощи специальной поршневой системы, бетон выдавливают между стенками меньшей трубы и обсадной:

Начало есть. Теперь нужно изолировать водоносные слои. Для этого вы повторяете вышеописанные операции, но уже на глубину метров до трехсот. Получаете, как бы, вторую ступеньку скважины. Точно так же все – бурите на нужную глубину, загоняете обсадную трубу, маленькую трубу, закачиваете бетон, выдавливаете его между стенок:

Защитившись от воды, можете продолжить бурение до победного (или позорного – как повезет) финиша. Понятно, что я изложил простейший вариант. Таких ступеней в скважине может быть три-четыре штуки. Бывает и больше. Все зависит от кучи параметров, твердости слоев, их толщины и состава. Вот так в разрезе выглядит скважина:

На фото видны обсадная труба, внутренняя труба (она называется production casing), поршень, выдавливающий бетон, сам бетон между стенками и т.п. На висящей рядом диаграмме можно ознакомится с подробностями, общую суть которых я изложил выше. Получается некое подобие ступенчатой пирамиды идущей вглубь земли. Постепенно сужая канал, в итоге, обычно получают итоговое отверстие около пяти дюймов в диаметре. При исходных паре футов диаметра на входе. Остальное занимают трубы и бетон между ними.

Для прохождения многочисленных слоев земной коры, вам придется использовать целый арсенал насадок для бурения. Самое ходовое долото, вот такое:

Оно просто вращается, измельчая под собой породу, как то вот так:

Для более твердых пород используют долото с алмазными резцами. Типа такого:

Вот там, такие мелкие пупырышки – это алмазные резцы. Для совсем клинических случаев могут использоваться уже не резцы, а настоящие алмазные “зубы”:

Вообще, долото может быть любой формы с различной степенью извращенности механизма. Все зависит от условий где оно применяется. Разновидностей их великое множество. Существуют целые институты, которые изобретут вам нужное долото под любой известный набор внешних факторов.

Тут возникает новое приключение – как удалять “опилки” из скважины? Т.е. куда девать все то, что измельчило долото? Если посмотреть на долото снизу, то там будут видны специальные форсунки:

Само долото насажено на трубу, которую, собственно и вертит вышка на поверхности. Вот в эту трубу, под чудовищным давлением с поверхности и качают специальный глинистый раствор. Через эти форсунки он попадает в скважину и выносит измельченную породу на поверхность. Как-то, вот так, если схематично:

В живую, если смотреть, то как-то так:

Понятно, что обычная вода для этих целей не подходит. У нее крайне низкие связующие свойства. Она просто не сможет забирать с собой все “опилки” с такой глубины и выносить их на поверхность. Используемый глинистый раствор имеет особые свойства, которые обеспечивают ему, с одной стороны, достаточную текучесть, с другой стороны, достаточные связующие свойства, чтобы забирать с собой “опилки” с большой глубины. Создание этих растворов – так же отдельная индустрия. Многие компании имеют страшные патенты на свои растворы и охраняют их похлеще, чем рецепт Кока-Колы.

Вот таким образом (в его примитивном изложении) вы и дырявите планету до тех пор, пока не доберетесь до нефтеносного слоя. Как, собственно, определить, добрались вы до него или нет. Это же не глубоко зарытая канистра, просверлив крышку которой вы можете высосать содержимое через трубочку. Фиг там. Нефть содержится в пористых структурах нефтеносного слоя и чтобы её оттуда высосать нужно еще горбатиться и горбатиться. По мере бурения, вам придется периодически извлекать долото и опускать вместо него вот такой, совершенно инопланетянский прибор:

Плавно погружая его в скважину вы получаете с него телеметрию. Типа, вот такой:

Учитывается плотность породы, её радиоактивность, электропроводящие свойства и дофига всего другого. По совокупности параметров специальные люди могут определить, досверлились вы или нет. Ну, например, нефть не является токопроводящим веществом. Поэтому если на телеметрии вы видите, что данный слой обладает высокими токопроводящими свойствами, то нефти никакой там нифига нет. Но это лишь один из параметров. В настоящих же расчетах придется иметь дело с целым комплексом различных данных.

Сейчас появились технологии, позволяющие размещать соответствующие датчики прямо вокруг долота (не забываем, что речь идет про огромные глубины и чудовищные механические нагрузки на долото – просто датчик с вайфаем на термоклее прилепить не получится). Это избавляет добытчиков от необходимости вытаскивать из дырки сверло каждый раз, как нужно получить телеметрию. Но пока это еще очень дорогая технология и позволить её могут лишь единицы нефтедобывающих компаний, да и то только по праздникам. В основном же, приходится пользоваться вон той марсианской раскорякой, что на фото выше.

Тут уместно показать еще один прогрессивный способ добычи – горизонтальное бурение. Для этого используется вот такая штуковина:

Предположим, вы дошли до нужного слоя, но не обнаружили там то, что искали. Или обнаружили, но в количествах, которое не впечатлит инвесторов. Вполне может статься, что сдвинь вы вышку на пару миль вправо, результат был бы более шоколадным. Но это означает, что вам придется с нуля повторить все приключение с бурением и переносом оборудования. Способ горизонтального бурения может выручить в такой ситуации. Вы используете ту же самую исходную скважину, но бурите уже не вниз, а вбок, вдоль нефтеносного слоя. Разумеется это тоже все жутко дорого и технологически непросто. Но дешевле и проще, чем фигачить с поверхности десятки дырок по окрестностям.

Ну, ОК. Досверлились до нефти. Как я уже говорил, редко бывает, когда нефть сама к вам в руки выскочит красивым фонтаном. Так бывает только в фильмах и у арабов (у них месторождения такие). Но в основном нефть связана в этой самой пористой породе и по доброй воле сама не будет вылезать… Не, ну будет, конечно, но очень вяло и недолго. К тому же, представьте, ну, вот добурились вы. На руках имеете железобетонную трубу с фактически заглушенным отверстием глубоко-глубоко внизу. Не особо оттуда чего-то и потечет.

Чтобы потекло, вам нужно осуществить процесс перфорирования скважины. Он заключается в том, что вы опускаете вниз специальные заряды. Фактически – многоствольную пушку. С множеством стволов и снарядов. Чтобы сделать так:

А теперь представьте, насколько сложным должен быть этот перфоратор, чтобы пуля из него пробила две металлических трубы (весьма толстостенных), бетонную прослойку между ними, да еще и проделали достаточно длинные каналы в породе. И у вас на размещение этого устройства есть всего лишь пятидюймовое отверстие! Надо ли говорить, что технология изготовления таких устройств – очередная могучая ветвь нефтедобывающей индустрии со своими институтами, патентами, многомиллионными бюджетами и т.п.

Но и этого может оказаться недостаточно. Подумаешь – десяток дырок. Необходимо расширить и углубить эффект. Для этого используют другую технологию – гидроудар. Закачивают в перфорированную скважину жидкость под большим давлением. Опускают еще один заряд и подрывают его. Жидкость и без того была там под давлением, а за счет ударной волны от заряда, это давление увеличивается многократно. Все каналы проделанные ранее пулями разрывает, как Тузик грелку в сопли прям ваще! Получаются не просто каналы, а огромные ветвистые трещины уходящие глубоко в нефтеносные слои.

Вот только теперь, если геологи нашли правильное место, если бурильщики пробурили правильное отверстие, если правильно его перфорировали и гидроударили, вот только после этого, если еще и повезет, вы получите свой бьющий в небо черный фонтан, радостных бурильщиков, мажущих друг другу морды нефтью и довольных инвесторов тыкающих пальцем в калькулятор. Но праздник продлится недолго, если вы в срочном порядке не отделите газ от жидкости. Оно оттуда с глубины будет переть совместно. Если срочно не принять меры, то вместо черного фонтана вы очень быстро получите фонтан огненный, вместо радостных бурильщиков – мертвых бурильщиков, а вместо довольных инвесторов – обанкротившихся бомжей.

Чтобы не произошло катастрофы, вам нужно успеть быстро нарядить рождественскую елку. Да. Оно так и называется – christmas tree:

Сей девайс содержит в себе сепаратор, который отделит зерна от плевал, отведет газ по трубам куда подальше (там его подожгут и он будет долго-долго коптить небо, угрожая только чистоте окружающей среды), а “черное золото” направит в нефтепровод через несколько распределительных и предохранительных механизмов.

Алилуйя!

И, кстати, нефть бывает не только черная. Она может быть почти совсем прозрачной, в виде конденсата. Такую можно прям так заливать в бак, трактора, например – хоть и хреново, но работать будет. В общем случае (но не всегда), чем чернее и гуще – тем лучше, конечно. В бак такую не зальешь, но она будет содержать в себе кучу различных фракций, которые можно расщепить на множество полезных и вкусных жидкостей, включая бензин, солярку, керосин и много-много всего другого.

Еще из интересных фактов – люди с одного месторождения могут сейчас наковырять всего около 40% содержащейся там нефти. Остальные 60% остаются. Пока нет технологии, чтобы выкачать все досуха. Там с какого-то момента начинается уже вовсе потусторонние взаимодействия нефти с породой. Нефть тончайшей пленкой за счет уже молекулярных связей покрывает эти все “пористые структуры” и отодрать эту пленочку крайне трудно даже в лабораторных условиях. Чего уж говорить про многокилометровые глубины. С учетом объемов, этой, казалось бы ничтожной пленочки остается просто жуть, как дофига много. Но там еще и до этой пленочки геммор начинается нехилый с выцарапыванием нефти из слоя. В общем, 40% с месторождения – это все, что пока есть у человечества, чтобы тянуть целую цивилизацию.

Есть стенд, где покрутив ручки можно понаблюдать за текучими свойствами нефти из разных регионов нашей планеты:

В Хьюстонском Музее Естественных Наук, все вышеописанные приключения можно “пережить” лично. В зале есть специальный аттракцион. Представляет собой кабину на гидравлических тягах. Внутри, с соответствующим антуражем, оформлены “окна” (экраны мониторов) через которые вы лично “наблюдаете” за все всей процедурой. Т.е. вас в этой кабине “спускают” в скважину, по ходу все рассказывают что к чему, там на дне вас “заливают” бетоном, прокачивают бетон в стенки между трубами, “опускают” к вам перфоратор, “подрывают” заряды, потом “делают” гидроудар и вы на столбе нефти с восторгом “вылетаете” обратно на поверхность. Гидравлика аттракциона в точности обеспечивает вас всеми осязательными ощущениями – вас колбасит и трясет вместе с кабиной, а объемная акустика сопровождает это все положенным грохотом из сабвуферов.

Я попробовал что-то там поснимать на видео, но получилось совсем хреново, к сожалению:

Провели мы в этой части экспозиции очень много времени. Но пролетело оно незаметно. Было потрясающе интересно. Дочь была в восторге, надо признать. Вот уж, вроде, не ожидаешь такого от девочки. Но в музее была грамотно построена атмосфера, красиво преподнесны экспонаты, а отец в этой области является потрясающим рассказчиком. Тут и наш придворный опоссум не остался бы равнодушным.

Простите, но я не буду рассказывать про добычу нефти на шельфе в море. И про нефтеперерабатывающие заводы – тоже. В другой раз, как-нибудь. Там вообще полный караул в этих областях и чтобы написать что-то популярное для широких масс, надо собраться с мыслями. А я уже подвыдохся изрядно 🙂

Продолжение статьи…