УДК 622.243.23
© А.М.Григорян, 1998
А.М.Григорян, Президент компании «Григорян Бранчед-Хоризонтал Веллс» (Лос Анжелес, США)
Разветвленно-горизонтальные скважины - ближайшее будущее нефтяной промышленности
(В порядке обсуждения)
"Г Г-
редлагаемая статья, ^^^^^ ^^^^^ которая является докладом автора, представленным на 67-й ежегодной западной региональной конференции Общества инженеров-нефтяников (25-27 июля 1997 г., Лонг Бичь, Калифорния, США), адресуется главным образом геологам-нефтяникам и разработчикам, как специалистам, наиболее близко занимающимся проблемой изучения особенностей реальных продуктивных пород и степени извлекаемости углеводородов. Она рассчитана также на деловые и финансовые круги, способные оценить доступность высокой прибыльности применения разветвленно-гори-зонтальных (РГ) скважин, краткие сроки окупаемости затрат и возможность участия в развитии данного метода - ближайшего будущего нефтяной промышленности. Кроме того, статья вызовет интерес ученых и научных работников с точки зрения рассмотрения возможностей создания теоретической базы под новый тип скважин и формирования компьютерных моделей продуктивных объектов со свойствами, приближенными к природным коллекторам.
Основанием для данных соображений является промышленная готовность технологии: наличие десятков пробуренных РГ скважин и результатов их многолетней эксплуатации. Настоящая технология кардинально отличается от зарубежных работ (со сходными названиями) как по применяемой технике (отсутствие уипстоков), так и по уровню промышленной готовности и совершенства (в 1953 г. автором уже бурились про-
мышленные разветвленные скважины с горизонтальными стволами; в последующие десятилетия создавались РГ скважины специальных типов, формировались новые подходы к процессам разработки месторождений и др.).
Проводка РГ скважин в залежах определенного типа обеспечивает 20-кратное увеличение текущей добычи только при 2 - 3-кратном повышении стоимости бурения. Удваивается и общая нефтедобыча, т.е. появляется возможность извлечения из старых месторождений за короткий срок столько-же нефти, сколько было добыто с начала их разработки.
Бурение указанных скважин позволит охватить разработкой большие площади и объемы продуктивных объектов и, в частности, решить вопросы разработки таких объектов, как Салымское месторождение Западной Сибири и др.
По-видимому, первые шаги по поиску возможностей улучшения качества скважины механическим путем были сделаны американским ученым Л.Юреном (20-30-е годы). В 1949 г. после малорезультативных опытов с призабойной каверной по нашей просьбе российский ученый К.Царевич теоретически показал целесообразность более широкого разветвления скважин. При входе в пласт скважина должна была разветвляться с расстояниями между стволами в десятки метров. Теоретически это должно было увеличить дебит кратно числу ответвлений. Данная схема стала основой для дальнейшего развития метода (а.с. № 78747).
Разветвление скважин потребовало создания способов и средств для интенсив-
ного искривления стволов, что стало возможным только в результате появления в б. СССР новых технологий бурения.
Основополагающим моментом технологии бурения разветвленных скважин является процесс забуривания ответвлений и безошибочный ввод в них различных инструментов и приборов, при любом числе дополнительных стволов. Это была очень трудная задача, так как требовалось организовать процесс, доступный для исполнения обычным буровым персоналом, без использования сложных и опасных устройств и минимальным применением измерительной аппаратуры. При таком подходе можно было надеяться на создание для будущего промышленного использования методов и приемов бурения.
Только после многих десятков зарезок дополнительных стволов и многих пробуренных автором наклонно направленных скважин к 1952 г. (т.е. через 10 лет) автору удалось создать технологию забури-вания ответвлений из открытого ствола в твердых породах без уипстоков.
В 1954 г. на IV Международном нефтяном конгрессе в Риме (докладчик Ф.А.Требин) нефтяной общественности становится известным, что 70% скважин в СССР бурится турбобуром; широкое применение получило более совершенное наклонно направленное бурение; впервые была пробурена разветвленная скважина с горизонтальными стволами. Ее профиль демонстрировался на Конгрессе и затем был представлен в американском журнале «Дриллинг» (рис.1). Соединенные Штаты Америки проявили интерес к новой технологии наклонно
2. НГДУ «Черноморнефть» (1960 г.): из трех РГ скважин было получено 300 т/сут, в то время как 11 обычных скважин дали 110 т/сут высоковязкой нефти. В последующие 20 лет это соотношение изменялось в пользу РГ скважин (рис. 3).
Современная технология бурения РГ скважин значительно эффективнее.
Бурение одиночного горизонтального ствола составляет небольшую часть технологии бурения РГ скважин и его применение не везде эффективно. Так, при бурении автором трех скважин с горизонтальным стволом было установлено, что при наличии непроницаемых прослоев горизонтальные стволы, параллельные напластованию, менее продуктивны, чем обычные вертикальные, так как оказываются изолированными от выше- и нижележащих пород.
Одиночный горизонтальный ствол эксплуатирует сравнительно узкую часть пласта, поэтому он эффективен в пластах небольшой толщины с хаотической проницаемостью, но и здесь ему нужны были бы ответвления, хотя бы в стороны. В продуктивных пластах большой толщины одиночный горизонтальный ствол значительно удален от большей части продуктивных пород, поэтому он неэффективен. В таких условиях необходимо большое число ответвлений различной конфигурации для более полного охвата разработкой всего объема мощных продуктивных объектов. В связи с этим с 1968 г. автор начал создавать технологию разветвления из глубоких горизонтальных стволов.
В настоящее время технология бурения РГ скважин включает следующие основ-
Рис.2. Добыча нефти из скважин старой площади «Бориславнефти» за Рис.3. Месторождение высоковязкой нефти «Черноморнефти» (1960 г.) 15 лет (1957-1972 г.)
Рис.1. Профиль первой РГ скв. 66/45, пробуренной А.Григоряном в Башкирии (1953 г.)
направленного бурения и купили образцы советских турбобуров.
К 70-м годам на Западе осуществляют искривление скважин с помощью гидравлических забойных двигателей при нев-ращающейся бурильной колонне, т.е. без уипстоков. В б. СССР создается более совершенный гидравлический винтовой двигатель - дайнадрилл, который через Англию приходит на Запад. Авторами разработки являются Гусман, Никамаров и другие. В настоящее время его совершенствованием и внедрением в России занимается Д.Балденко.
Параллельно с этими работами развивалась технология бурения РГ скважин, в основном в направлении создания наиболее эффективных видов разветвления (число, конфигурация, размеры ответвлений, их местоположение в продуктивном разрезе) для различных геолого-эксплуатационных условий при решении автором различных задач разработки нефтяных месторождений. К 70-м годам в 13 районах б. СССР автором было пробурено более 30 РГ скважин, в том числе сотни резко искривленных ответвлений и десятки длинных горизонтальных стволов, а также скважин с одиночным горизонтальным стволом, какие бурят в настоящее время.
Длительная эксплуатация показала непропорционально высокую эффективность разветвления. Например, РГ скважины, пробуренные между обычными добывающими, при 4-5 ответвлениях вступали в эксплуатацию с дебитами, в 10-15 раз и более превышающими деби-ты соседних обычных скважин. Дополнительные стволы, пробуренные сквозь естественные преграды, вовлекали в разработку изолированные, остающиеся в стороне, нефтенасыщенные зоны, «целики» и одновременно значительно облегчали и ускоряли приток нефти из удаленных зон пласта.
Приведем два характерных примера. 1. НГДУ «Бориславнефть» (1957 г.): четыре РГ скважины за 15 лет эксплуатации удвоили добычу нефти на очень старой площади, где расстояния между старыми скважинами доходили до 30 м, а дебиты изменялись от 2 до 0,2 т/сут (рис.2).
11/1998 17
ные элементы, которые были отработаны на практике уже к 70-м годам.
1. Ответвления забуриваются из открытого ствола без установки цементных мостов или клиновых устройств - уипсто-ков. В породах средней твердости процесс занимает 30-60 мин (автор выполнил более 100 забуриваний).
2. Бурение нового ствола, как правило, продолжается без замены инструмента.
3. Форма «окон» позволяет безошибочно и без использования приборов или клиньев вводить в любое заданное ответвление инструменты на бурильных трубах. Все «окна» открыты при любом числе ответвлений.
4. Стволы искривляются автоматически по заданным траекториям без непрерывного измерения кривизны.
5. Скорость бурения ответвлений зависит от горной породы и возможностей стандартного забойного двигателя.
6. Дополнительные стволы направляются и попадают в высокопродуктивные зоны нефтяных объектов автоматически без использования приборов.
7. Ствол противофонтанной скважины безошибочно соединяется со стволом фонтанирующей скважины даже если его местоположение неизвестно (автор выполнил соединение двух фонтанов).
В последнее время нефтяникам Запада становится понятной недостаточная эффективность горизонтального бурения в определенного типа залежах, в связи с этим повышается интерес к технологии разветвления скважин. Однако попытки некоторых американских фирм не выдерживают никакой критики. Например, для за-буривания каждого ответвления в скважине устанавливают металлический клин-уипсток. Он должен находиться в заданном месте, в висячем положении прочно сцеплен с породами стенок скважины. По клину будет ударять, вращаясь, долото при забуривании в бок, и, сильно упираясь на изгибе, тереться бурильная колонна (ведь пробурить надо сотни метров). Предположим, клин не раскачался и позволил бурить, заменять долота и отклони-тели. После бурения первого ответвления для того, чтобы открыть доступ в основной ствол скважины, клин (или то, что осталось от него) надо выдернуть и извлечь на поверхность (это типичная ловильная работа). Такая сл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.