РАЗВЕТВЛЕННЫЕ СКВАЖИНЫ РАЗВИВАЮЩЕЕСЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ДОРАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
НИ
А. БР0Н30В, НПП "Дрилл-Эксперт" С. Г0РДИЕНК0, ООО "Зарубежнефть"
Е естественное искривление стволов
было замечено в 1872 г. при использовании технологии ударного бурения. В 1888 г. был сконструирован прибор для измерения угла наклона искривленного ствола. В 1912-1915 гг. на основании изучения причин и закономерностей естественного искривления были созданы технические средства для технологии роторного бурения с целью искусственного искривления стволов.
Основными причинами, обуславливающими появление данного способа, являются:
- деформация (слом, нарушение) эксплуатационной колонны в продуктивной части действующей скважины;
- аварии с подземным оборудованием, пробкообразование в зоне фильтра скважины и невозможность его устранения, а также малый дебит скважин.
В 1929-1930 гг. в США (Техас) впервые на базе технологии искусственного искривления разработана и осуществлена технология разветвленного бурения в вертикальном стволе глубиной 300 м, из которого созданы два боковых дополнительных дренажных ствола протяженностью по 7 м каждый, обеспечивающие добычу по 2,6 м3 в сутки, в то время как основная скважина давала 0,24 м3 сутки. В период 1931-1941 гг. совершенствуется технология создания разветвленных скважин.
В бывшем СССР использовать технологию искусственного искривления начали с 1939 г. (на Грозненском месторождении) с турбобуром. Первые разветвленные скважины созданы в 1947 г. на Краснокаменском нефтяном месторождении.
Использование уже в 1953-1956 гг. технологии разветвленного бурения с искусственным искривлением дополнительного ствола, с элементарными отклоняющими техническими средствами и контролем, способствовали развитию и реализации технологии горизонтального бурения. Следующим логическим шагом в этом развиваю-
щемся направлении явилось создание дополнительных стволов из основного ствола скважины и дренажных ответвлений из дополнительного ствола.
Затратная экономика в стране с концепцией догнать и перегнать передовые развивающиеся страны по добыче углеводородов использовала принцип достижения результатов любой ценой. Создание скоростными технологиями большого количества типовых вертикальных и наклонных скважин предопределило кустарно-ремесленническую форму низкотехнологичного производства в отечественной нефтегазовой отрасли. И хотя удалось достичь рекордных результатов в добыче нефти и газа, глубине скважин, отрасль после кризисов 70-80-х гг. оказалась неспособной адаптироваться в сложных горно-геологических условиях освоения месторождений углеводородов, а в отраслевой науке осталось невостребованным развивающееся научно-техническое направление - создание разветвленных скважин.
Упрочению технологии горизонтального бурения для строительства добывающих и нагнетательных скважин на нефть и газ предшествовал опытно-экспериментальный период развития и совершенствования -10-летний путь создания горизонтальных скважин от рискованного и дорогостоящего (1987 г. - 50 скважин) до надежного и проверенного в залежах с благоприятными горно-геологическими условиями (1997 г. - 3000 скважин).
Зарубежные нефтегазовые компании, постоянно совершенствуя свой научно-технический потенциал, стремятся к увеличению основных фондов. При этом технологическая операция по зарезке бокового ствола из способа ликвидации аварии в вертикальных и наклонных скважинах превратилась в основную технологию стратегического приобретения и продления жизни месторождений углеводородов. Этот логический шаг базировался на достижениях технологий горизонтального бурения (к началу 1999 г. за рубежом
было пробурено 11 тыс. горизонтальных скважин, в России - 450) и разработке разветвленного бурения с целью достижения максимального отхода дополнительного ствола от бездействующей или малодебитной скважины.
Остановимся на некоторых аспектах современного состояния технологии разветвленного бурения по восстановлению бездействующих добывающих и нагнетательных скважин на нефть и газ. Эффективность технологии разветвленного бурения определяется стоимостью работ и качеством восстановленной бездействующей скважины, т.е. реализацией критерия рентабельности "скважине - эффективность". Ключевым звеном в создании разветвленной скважины любой разновидности является составление проекта работ для того, чтобы выбрать нужную траекторию дополнительных стволов и правильное (научно обоснованное) технологическое решение по каждому составляющему элементу общей системы, отвечающее принятой концепции освоения залежей нефти и газа. При проектировании строительства новых дополнительных стволов разработчик имеет дело с доказанными или вероятными извлечениями остаточных запасов углеводородов в выбранном объекте технологической сетки доразработки залежи, в котором будет восстановлена бездействующая малодебитная скважина, что является основой оптимизации добычи оставшихся углеводородов на микроуровне (в призабойной зоне) и макроуровне (прискважинном пространстве).
Важно обеспечить проведение обработки призабойной зоны или контроль выноса песка, ила и др. материалов из продуктивной залежи (пласта). Для определения возможностей увеличения добычи восстановленной скважины, суммарной добычи, экономической эффективности операции анализируются различные варианты разветвленных скважин. Другими элементами общей системы технологии строительства разветвленных скважин,
как показал анализ зарубежной практики, являются определение местоположения и технологии зарезки дополнительных стволов из обсадных колонн, разбуривание башмака обсадных колонн и углубление забоя существующей бездействующей скважины, фрезерование секции обсадной колонны или установка клина, а также протяженность дополнительных стволов и интенсивность искривления, обуславливающие и даже диктующие выбор типа бурового раствора.
Строительство разветвленных скважин можно вести как из ранее эксплуатируемых вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин, так и вновь строящихся добывающих и нагнетательных скважин на нефть и газ. Создание дополнительных стволов для извлечения остаточных запасов углеводородов из прискважинного пространства и призабойной зоны объединено единой технологией - разветвленного бурения.
В зависимости от конструкции бездействующей скважины, ее вида и назначения возможны различные варианты технологии забуривания дополнительного вертикального, наклонного, горизонтального ствола или их комбинаций. В некоторых случаях выгоднее отрезать и извлечь обсадную колонну или полностью профрезеро-вать ее до глубины зарезки дополнительного ствола.
Технология зарезки дополнительных стволов имеет высокую степень изученности на базе практического применения более чем в 8000 скважинах, во многих из них на глубине свыше 6000 м, часто через две обсадные колонны. Эта технология, в основном, базируется на операции вырезания "окон" в обсадных трубах, т. к. она более прогрессивна, чем операция по фрезерованию секции колонны в старых скважинах. При выполнении последней, особенно на большой глубине, возникают трудности, связанные с фрезерованием колонны, состоящей из труб марки стали Р-110, в условиях высоких температур. Это может привести к образованию пробок из металлической стружки в межтрубном пространстве за счет намагничивания стружки и/или ее прилипания к стенкам обсадной колонны. Это происходит, несмотря на применение магнитов для улавливания стружки и использование раствора с вязкостью по Фанну 75-100. После удаления секции колонны часто возникают трудности с установкой моста и зарезки с него дополнительного ствола. Фрезерование секции требует больших затрат времени на дополнительные рейсы для смены ножей фрезы, а следовательно,
и средств. Несмотря на то что вырезание "окна" позволяет избежать большинства проблем, возникающих при фрезеровании, но и здесь имеют место трудности, обусловленные смещением клина, установленного в обсадной колонне. В 80% случаев зарезки дополнительных стволов из обсадных колонн используется вариант вырезания "окна" с клина, в остальных - фрезерование секции колонн. Тем не менее обе эти операции, осуществляемые в количестве более 1500 в год (каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки), имеют право на применение в конкретных условиях.
Элементом общей технологии разветвленного бурения является технология углубления дополнительного ствола после образования в обсадной колонне "незащищенных" открытых горных пород в виде "окна" длиной до 3,0-3,5 м и углубления ствола по этим породам протяженностью 12-18 м в том же заданном направлении (азимуте), что и вырезанное "окно" в обсадной колонне бездействующей скважины. Если при установке клина для вырезания "окна" образовавшийся ствол по каким-то причинам имеет направление, не соответствующее заданному проекту, то в него спускают извлекаемый клин, устанавливают в определенном азимуте для углубления дополнительного ствола в проектном направлении. При этом учитываются два стандартизированных фактора - применение клина и радиус кривизны. Интенсивность искривления (радиус искривления ствола) 3-6 градусов на 10 м и 16-17 градусов на 10 м углубления дополнительного ствола. Технические возможности отклоняющего устройства ограничивают углы наклона ствола 60-70 градусами и изменением азимута до 20 градусов. Именно в пределах указанных параметров, используя высокотехнологичные способы проведения буровых работ, можно из бездействующей скважины роторным способом создавать дополнительный ствол заданной конфигурации, т.е. наклонный или горизонтальный. При необходимости область этих параметров увеличивают за счет применения компоновок низа бурильного инструмента (КНБК) с забойными двигателями.
Отечественные КНБК обеспечивают стабилизацию и изменение угла наклона и азимута дополнительного ствола в широком диапазоне; зарубежные менее совершенны, они в основном применяются при стабилизации и изменении угла наклона дополнительного ствола в одном, уже заданном направлении.
Технические средства, используемые при бурении дополнительных наклонн
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.