Типы горизонтальных скважин. Особенности бурения горизонтальных скважин. Что такое пилотная скважина

В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации добычи нефти и полноты ее извлечения из недр является разработка месторождений с использованием горизонтальных скважин (ГС) и боковых горизонтальных стволов (БГС).

Принято считать, что самая первая нефтяная скважина с горизонтальным участком пробурена в 1937 году на Ярегском месторождении (Республика Коми). Однако, горизонтальное бурение не нашло своего развития и промышленного применения в нашей стране. По состоянию на начало 2000 года в мире пробурено более 20 тысяч горизонтальных скважин, из них на Россию приходится ориентировочно 2000 ГС и БГС.

Изначально бурение горизонтальных стволов применялось при разработке залежей в условиях наличия пластовой воды в непосредственной близости от кромки пласта. Это служило причиной быстрого обводнения обычных вертикальных скважин; горизонтальные же скважины, проведенные вдоль кромки пласта, оказались способны обеспечивать более длительный период безводной эксплуатации при лучших возможностях по отбору нефти и газа.

Особое значение ГС и БГС имеют на месторождениях, которые находятся на поздней стадии разработки. В неоднородных коллекторах по различным причинам остаются невыработанные пропластки, целики и другие зоны. Данные промысловых и геофизических исследований в добывающих и нагнетательных скважинах указывают на неравномерность выработки нефти из пород с высокой послойной неоднородностью.

В основном вырабатываются высокопроницаемые прослои. Охват выработкой продуктивной части разреза скважины составляет от 40 до 60 и более процентов. Из-за близости водонефтяных (ВНК) и газонефтяных (ГНК) контактов часто не вскрываются перфорацией целые прослои продуктивных пород, которые не могут быть вовлечены в разработку обычными методами. Если вскрывать продуктивный пласт вблизи ВНК, то можно вскорости получить прорыв воды в скважину, а если вскрывать продуктивный пласт вблизи газонефтяного контакта, то возможны прорывы газа в нефтяную часть нефтяного пласта и т.д.

Опыт эксплуатации горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также боковых горизонтальных стволов в отработанных, нерентабельных скважинах у нас в стране и за рубежом показывает, что горизонтальные скважины и боковые горизонтальные стволы позволяют:

1. Повышать нефтеизвлечение из недр за счет увеличения площади фильтрации и интенсификации перетоков нефти и газа из залежи, а также за счет повышения эффективности процессов воздействия на пласт.

2. Значительно повышать дебиты нефти и газа в сравнении с вертикальными скважинами за счет увеличения площади фильтрации.

3. Продлевать безводный или малообводненный период нефтяных скважин.

4. Восстанавливать продуктивность месторождений на поздней стадии разработки.

5. В бездействующих и малодебитных скважинах, фонд которых в России исчисляется десятками тысяч, не только восстанавливать, но и значительно увеличивать, по сравнению с первоначальным (при вводе месторождения в разработку), дебит нефти и газа.

6. Повышать эффективность создания и эксплуатации подземных хранилищ газа.

7. Снижать объемы бурения скважин при вводе в разработку нефтяных и газовых месторождений.

8. Снижать объемы капитальных вложений, особенно в заболоченных и залесенных местах.

Бурение горизонтальной скважины примерно в 1,5 раза дороже вертикальной.

К недостаткам разработки разработки нефтяных месторождений с использованием горизонтальных скважин относятся высокая стоимость разработки и эксплуатации; трудо - и наукоемкость бурения и заканчивания скважин; сложности при проведении геофизических исследований скважин (ГИС), перфорации и обработок призабойной зоны (ОПЗ).

Все горизонтальные скважины классифицируются по радиусу искривления ствола скважин при переходе от вертикальной составляющей к горизонтальной: малым радиусом, со средним радиусом, с большим радиусом. ГС с большим и малым радиусом чаще всего применяются при разработке морских месторождений.

Горизонтальные скважины эффективнее вертикальных скважин (ВС) в резервуарах с низкой проницаемостью из-за того, что перфорированная часть ствола ГС во много раз больше перфорированной части ствола вертикальной скважины. Следовательно, дебиты горизонтальных скважин выше. ГС в пластах с естественной трещиноватостью имеет более высокий дебит, чем ВС, т.к у ВС меньше шансов пересечься с естественной системой трещин.

По данным института «ВНИИнефть», для бурения горизонтальных скважин в России имеются огромные перспективы: в нашей стране более 6 млрд. т извлекаемых запасов нефти в низкопроницаемых коллекторах; более 4 млрд. т нефти – в газонефтяных месторождениях; 2,5 млрд. тонн тяжелых нефтей; 2,3 млрд. т нефти в карбонатных коллекторах; около 3 млрд. т в заводненных залежах со степенью выработанности запасов нефти более 50%. Кроме этого, в России имеются десятки млрд. т битумов,

где метод горизонтальных скважин может быть эффективно использован.

В то же самое время горизонтальные скважины не могут рассматриваться как «панацея» для всех без исключения случаев и месторождений. Имеются и отдельные примеры невысокой эффективности горизонтальных скважин вследствие различных причин: не учет геологического строения пласта и его неоднородности, значительной интерференции скважин с дренированием удельных объемов соседних скважин и т.д. Поэтому возможность применения горизонтальные скважин в каждом конкретном случае должна обосновываться технико-экономическими расчетами показателей разработки месторождения или отдельных его залежей и блоков.

В настоящее время за рубежом при разработке нефтяных и газовых месторождений в основном применяют горизонтальные скважины. Основной объем горизонтального бурения, по данным журнала «Нефть и газ» (США) за 1995 год, приходился на США и Канаду, где в настоящее время горизонтальными скважинами разрабатываются 334 месторождения.

С конца 70-х годов прошлого столетия в нашей стране все чаще стали применять наклонно-направленное бурение скважин, когда проходка скважины ведется в заданном направлении с искусственным отклонением от вертикали. Искусственное отклонение – это бурение ствола скважины в запланированном направлении с достижением забоя в заданной точке.

Скважины с искусственным отклонением бывают наклонные, горизонтальные, разветвленно-горизонтальные, многоствольные и т.д.

Такие скважины чаще всего применяются:

– при разработке нефтяных месторождений, залегающих под дном океанов, морей, озер, рек;

– при бурении скважин, расположенных на участках земли с сильно пересеченным рельефом местности (горы, овраги); – для тушения пожаров (горящих фонтанов нефти или газа), ликвидации открытых выбросов нефти и газа;

– при кустовом бурении с целью сохранения пахотных участков земель, снижения капитальных вложений на бурение и обустройство месторождения, а также эксплуатационных затрат на обслуживание скважин и оборудования;

– при бурении нефтяных скважин, расположенных под соляными залежами, в связи с трудностью бурения при проходке этих залежей. При бурении наклоннонаправленных и горизонтальных скважин в качестве забойных двигателей используются турбобуры, винтовые двигатели и электробуры. С целью искусственного искривления ствола скважины в заданном направлении применяются отклоняющие устройства. Отклоняющие устройства предназначаются для создания на долоте отклоняющего усилия или наклона оси долота к оси скважины. При бурении горизонтальных скважин с забойными двигателями в качестве отклоняющих устройств применяют турбинные отклонители, отклонители на базе винтовых забойных двигателей, механизмы искривления (МИ)

(в электробурении), отклонители с накладкой, забойные двигатели с эксцентричным ниппелем. В роторном бурении применяют отклоняющие клинья, шарнирные отклонители и т.п. К преимуществам этой технологии относятся сокращение числа вертикальных и наклонно направленных сква­жин в 2-4 раза и снижение объема капитальных вложений, увеличение текущей добычи нефти и нефтеотдачи за счет повышения коэффициента охвата, возможность ввода в разработку сложнопостроенных залежей с низкопроницаемыми и неоднородными коллекторами залежей с высоковязкими нефтями. Важной особенностью является то, что горизонтальный ствол длиной в сотню метров может вскрыть в неоднородном пласте один или несколько участков повышенной продуктивности.

В России в настоящее время работы по бурению ГС и БГС осуществляются в различных нефтегазодобывающих регионах (Западная Сибирь, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан и др.).

В 2009 году было построено 443 скважины в горизонтальном бурении при средней глубине 3016 метров. В предыдущем году таких скважин было построено на 15% больше: 523 при средней глубине 3153 метра. Если сравнивать с 2005 годом, то сейчас горизонтальных скважин построено на 6,5% больше (было 416 скважин протяженностью 2846 метров). И пять лет назад, и сейчас в горизонтальном бурении лидирует «Сургутнефтегаз». Правда, доля компании уменьшилась за это время с 49% до 35%.Из общего количества нефтяных скважин, построенных в 2009 году, на долю горизонтальных приходится около 8%. В 2005 году - 11%. Говорить о том, что строительство скважин горизонтального типа бурно развивается, не приходится.

Первая ГСв Удмуртии пробурена в 1992 году на Мишкииском месторождении. В промышленных объемах горизонтальное бурение месторождении реализуется с 1995 года. К сожалению, из нефтедобывающих предприятий более-менее полные данные есть только по ОАО "Удмуртнефть" По состоянию на 1 января 2012 года в ОАО "Удмуртнефть" в составе эксплуатационного фонда скважин насчитывается 93 ГС и 198 БГС. Распределение ГС и БГС по месторождениям ОАО «Удмуртнефть» показано в таблице 22.

Таблица 22 Распределение ГС и БГС по месторождениям ОАО «Удмуртнефть»

Горизонтальные скважины(ГС) Боковые горизонтальные стволы (БГС)
Всего на 01.01.2012 Месторождение Всего на 01.01.2012
Месторождение Всего на 01.01.2012 Месторождение Всего на 01.01.2012
Южно-Киенгопское Южно-Киенгопское
Гремихинское Гремихинское
Киенгопское Киенгопское
Ижевское Ижевское
Лудошурское Лудошурское
Кезское Кезское
Чутырское Чутырское
Мишкинское Мишкинское
Котовское Котовское
Ельниковское Ельниковское
Лиственское Лиственское
Кырыкмасское Кырыкмасское
Мещеряковское Мещеряковское
Лозолюкско-Зуринское Лозолюкско-Зуринское
Котовское Котовское
Ончугинское Ончугинское
Михайловское Михайловское
Прикамское Прикамское
Красногорское Красногорское
Ломовское Ломовское
Восточно-Красногорское Восточно-Красногорское
Карсовайское Карсовайское
Есенейское Есенейское

По состоянию на 01.01.20011 г. в "Белкамнефть» построено 2 БГС.

В ОАО "Татнефть"(на 01.01.2011 г) эксплуатировались 428 горизонтальных скважин (ГС) и 76 многозабойных (МЗГС), из них в 2009 г. введены в эксплуатацию 43 ГС и 9 МЗГС с начальным дебитом 12,6 и 16,2 т/сут. нефти соответственно. В ОАО АНК “Башнефть” (на 01.01.2001г!?) пробурено более 250 ГС, БС и БГС.

Сверхглубокое бурение

По существующей классификации к глубоким относятся скважины глубиной 3 000-6000 м, а к сверхглубоким - глубиной 6 000 м и более.

В 1958 году в США появилась программа сверхглубокого бурения «Мохол». Это один из самых смелых и загадочных проектов послевоенной Америки. Как и многие другие программы, «Мохол» был призван обогнать СССР в научном соперничестве, установив мировой рекорд в сверхглубоком бурении. Название проекта происходит от слов «Мохоровичич» - это фамилия хорватского ученого, который выделил поверхность раздела между земной корой и мантией - границу Мохо, и «hole», что по-английски значит «скважина». Создатели программы решили бурить в океане, где, по данным геофизиков, земная кора значительно тоньше, чем на материках. Надо было спустить трубы на несколько километров в воду, пройти 5 километров океанского дна и достичь верхней мантии.

В апреле 1961 года у острова Гваделупа в Карибском море, где водная толща достигает 3,5 км, геологи пробурили пять скважин, самая глубокая из них вошла в дно на 183 метра. По предварительным расчетам, в этом месте под осадочными породами ожидали встретить верхний слой земной коры - гранитный. Но поднятый из-под осадков керн содержал чистые базальты - эдакий антипод гранитов. Результат бурения обескуражил и в то же время окрылил ученых, они стали готовить новую фазу бурения. Но когда стоимость проекта перевалила за 100 млн. долларов, конгресс США прекратил финансирование. «Мохол» не ответил ни на один из поставленных вопросов, но он показал главное - сверхглубокое бурение в океане возможно.

С тех пор мир заболел сверхглубоким бурением. В США готовили новую программу изучения океанского дна (Deep Sea Drilling Project). Построенное специально для этого проекта судно «Гломар Челленджер» несколько лет провело в водах различных океанов и морей, пробурив в их дне почти 800 скважин, достигнув максимальной глубины 760 м. К середине 1980-х годов результаты морского бурения подтвердили теорию тектоники плит. Геология как наука родилась заново. Тем временем Россия шла своим путем. Интерес к проблеме, разбуженный успехами США, вылился в программу «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», но не в океане, а на континенте. Несмотря на многовековую историю, континентальное бурение представлялось совершенно новым делом. Ведь речь шла о недостижимых ранее глубинах - более 7 километров. В 1962 году Никита Хрущев утвердил эту программу, хотя руководствовался он скорее политическими мотивами, нежели научными. Ему не хотелось отстать от США.

Возглавил вновь созданную лабораторию при Институте буровой техники известный нефтяник доктор технических наук Николай Тимофеев. Ему было поручено обосновать возможность сверхглубокого бурения в кристаллических породах - гранитах и гнейсах. На исследования ушло 4 года, и в 1966 году эксперты вынесли вердикт - бурить можно, причем не обязательно техникой завтрашнего дня, достаточно того оборудования, что уже есть. Главная проблема - жара на глубине. Согласно расчетам, по мере внедрения в горные породы, слагающие земную кору, температура должна увеличиваться через каждые 33 метра на 1 градус. Значит, на глубине 10 км надо ожидать порядка 300°С, а на 15 км - почти 500°С. Такого нагрева бурильные инструменты и приборы не выдержат. Надо было искать место, где недра не столь горячи…

Такое место нашли - древний кристаллической щит Кольского полуострова. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова. По их данным, первые 7 километров - это гранитные толщи верхней части земной коры, потом начинается базальтовый слой. Тогда представление о двухслойном строении земной коры было общепринятым. Но как оказалось позднее, и физики, и геофизики ошибались. Площадку для буровой выбрали на северной оконечности Кольского полуострова близ озера Вильгискоддеоайвинъярви. По-фински это значит «Под волчьей горой», хотя ни горы, ни волков в том месте нет. К бурению скважины, проектная глубина которой составляла 15 километров, приступили в мае 1970 года. Создания принципиально новых устройств и гигантских машин бурение Кольской скважины СГ-3 не требовало. Начинали работать с тем, что уже имелось: установка «Уралмаш 4Э» грузоподъемностью 200 тонн и легкосплавные трубы. Что действительно было нужно на тот момент, так это нестандартные технологические решения. Ведь в твердых кристаллических породах на столь большую глубину никто не бурил, и что там будет, представляли себе только в общих чертах. Опытные буровики, однако, понимали, что каким бы детальным ни был проект, реальная скважина окажется намного сложнее. Через 5 лет, когда глубина скважины СГ-3 превысила 7 километров, смонтировали новую буровую установку «Уралмаш 15 000» - одну из самых современных по тем временам. Мощная, надежная, с автоматическим спускоподъемным механизмом, она могла выдержать колонну труб длиной до 15 км. Буровая превратилась в полностью обшитую вышку высотой 68 м, непокорную сильным ветрам, бушующим в Заполярье. Рядом выросли минизавод, научные лаборатории и кернохранилище. При бурении на небольшие глубины мотор, который вращает колонну труб с буром на конце, устанавливают на поверхности. Бур представляет собой железный цилиндр с зубьями из алмазов или твердых сплавов - коронку. Эта коронка вгрызается в породы и вырезает из них тонкий столбик - керн. Чтобы охладить инструмент и извлечь из скважины мелкий мусор, в нее нагнетают буровой раствор - жидкую глину, которая все время циркулирует по стволу, словно кровь в сосудах. Через какое-то время трубы поднимают на поверхность, освобождают от керна, меняют коронку и вновь опускают колонну в забой. Так ведется обычное бурение. А если длина ствола 10-12 километров при диаметре 215 миллиметров? Колонна труб становится тончайшей нитью, опущенной в скважину. Как ею управлять? Как увидеть, что творится в забое? Поэтому на Кольской скважине внизу бурильной колонны установили миниатюрные турбины, их запускал буровой раствор, нагнетаемый по трубам под давлением. Турбины вращали твердосплавную коронку и вырезали керн. Вся технология была хорошо отработана, оператор на пульте управления видел вращение коронки, знал ее скорость и мог управлять процессом. Каждые 8-10 метров многокилометровую колонну труб приходилось поднимать наверх. Спуск и подъем в общей сложности занимали 18 часов. 7 километров - отметка для Кольской сверхглубокой роковая. За ней начались неизвестность, множество аварий и непрерывная борьба с горными породами. Ствол никак не удавалось держать вертикально. Когда в первый раз прошли 12 км, скважина отклонилась от вертикали на 21°. Хотя буровики уже научились работать при невероятной кривизне ствола, дальше углубляться было нельзя. Скважину предстояло перебурить с отметки 7 километров. Чтобы получать вертикальный ствол в твердых породах, нужен очень жесткий низ бурильной колонны, дабы он входил в недра, как в масло. Но возникает и другая проблема - скважина постепенно расширяется, бур болтается в ней, как в стакане, стенки ствола начинают рушиться и могут придавить инструмент. Решение этой задачи получилось оригинальным - была применена технология маятника. Бур искусственно раскачивался в скважине и подавлял сильные колебания. За счет этого ствол получался вертикальным.

Наиболее распространенная авария на любой буровой - обрыв колонны труб. Обычно трубы пытаются захватить вновь, но если это случается на большой глубине, то проблема переходит в разряд неустранимых. Искать инструмент в 10-километровой скважине бесполезно, такой ствол бросали и начинали новый, чуть выше. Обрыв и потеря труб на СГ-3 случались многократно. В итоге в своей нижней части скважина выглядит как корневая система гигантского растения. Разветвленность скважины огорчала буровиков, но оказалась счастьем для геологов, которые неожиданно получили объемную картину внушительного отрезка древних архейских пород, сформировавшихся более 2,5 млрд. лет назад.

В июне 1990 года СГ-3 достигла глубины 12 262 м. Скважину стали готовить к проходке до 14 км, и тут вновь произошла авария - на отметке 8 550 м колонна труб оборвалась. Продолжение работ требовало долгой подготовки, обновления техники и новых затрат. В 1994 году бурение Кольской сверхглубокой прекратили. Через 3 года она попала в Книгу рекордов Гиннесса и до сих пор остается непревзойденной. Сейчас скважина представляет собой лабораторию для изучения глубоких недр. СГ-3 была секретным объектом с самого начала. Виноваты и пограничная зона, и стратегические месторождения в округе, и научный приоритет. Первым иностранцем, посетившим буровую, стал один из руководителей Академии наук Чехословакии. Позже, в 1975 году, о Кольской сверхглубокой вышла статья в «Правде» за подписью министра геологии Александра Сидоренко. Научных публикаций по Кольской скважине по-прежнему не было, но кое-какие сведения за рубеж просачивались. Больше по слухам мир стал узнавать - в СССР бурят самую глубокую скважину.

Завеса тайны, наверное, висела бы над скважиной до самой «перестройки», не случись в 1984 году в Москве Всемирного геологического конгресса. К столь крупному в научном мире событию тщательно готовились, для Министерства геологии даже построили новое здание - ожидали много участников. Но зарубежных коллег интересовала в первую очередь Кольская сверхглубокая! Американцы вообще не верили в то, что она у нас есть. Глубина скважины к тому моменту достигла 12 066 метров. Скрывать объект более не имело смысла. В Москве участников конгресса ждала выставка достижений российской геологии, один из стендов был посвящен скважине СГ-3. Специалисты всего мира недоуменно взирали на обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. И этим бурят самую глубокую в мире скважину? Невероятно! В поселок Заполярный отправилась большая делегация геологов и журналистов. Посетителям показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб. Вокруг высились кучи точно таких же буровых головок, как и та, что лежала на стенде в Москве.

От Академии наук делегацию принимал известный геолог, академик Владимир Белоусов. Во время пресс-конференции из зала ему задали вопрос:
- Что же самое главное показала Кольская скважина?
- Господа! Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре, - честно ответил ученый.

Кое-что о земной коре континентов, конечно, знали. Тот факт, что континенты сложены очень древними породами, возрастом от 1,5 до 3 миллиардов лет, не опровергла даже Кольская скважина. Однако составленный на основании керна СГ-3 геологический разрез оказался прямо противоположным тому, что ученые представляли себе ранее. Первые 7 километров были сложены вулканическими и осадочными породами: туфами, базальтами, брекчиями, песчаниками, доломитами. Глубже лежал так называемый раздел Конрада, после которого скорость сейсмических волн в породах резко увеличивалась, что интерпретировалось как граница между гранитами и базальтами. Этот раздел был давно пройден, но базальты нижнего слоя земной коры так нигде и не появились. Наоборот, начались граниты и гнейсы.

Разрез Кольской скважины опроверг двухслойную модель земной коры и показал, что сейсмические разделы в недрах - это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение свойств камня с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства пород, видимо, могут резко меняться, так, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Но поднятый на поверхность с 12-километровой глубины «базальт» тут же становился гранитом, хоть и испытывал по пути сильнейший приступ «кессонной болезни» - керн крошился и распадался на плоские бляшки. Чем дальше уходила скважина, тем меньше качественных образцов попадало в руки ученых. Глубина заключала в себе много неожиданностей. Раньше было естественно думать, что с удалением от поверхности земли, с ростом давления породы становятся более монолитными, с малым количеством трещин и пор. СГ-3 убедила ученых в обратном. Начиная с 9 километров, толщи оказались очень пористыми и буквально напичканы трещинами, по которым циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км - достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины ученые обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5-10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении - в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах. Демонстрация Кольской скважины в 1984 году произвела на мировую общественность глубокое впечатление. Многие страны начали готовить проекты по научному бурению на континентах. Такую программу утвердили и в Германии в конце 1980-х годов. Сверхглубокую скважину KTB Хауптборунг бурили с 1990 по 1994 год, по плану она должна была достичь глубины 12 км, но из-за непредсказуемо высоких температур удалось добраться только до отметки 9,1 км. Благодаря открытости данных по буровым и научным работам, хорошей технологии и документированности сверхглубокая скважина КТВ остается одной из самых известных в мире.

Место для бурения этой скважины выбрали на юго-востоке Баварии, на остатках древней горной цепи, чей возраст исчисляется 300 миллионами лет. Геологи полагали, что где-то здесь проходит зона соединения двух плит, бывших некогда берегами океана. По мнению ученых, со временем верхняя часть гор стерлась, обнажив остатки древней океанской коры. Еще глубже, в десяти километрах от поверхности, геофизики обнаружили крупное тело с аномально высокой электрической проводимостью. Его природу также надеялись прояснить с помощью скважины. Но основной задачей было достичь глубины 10 км, чтобы приобрести опыт сверхглубокого бурения. Изучив материалы Кольской СГ-3, немецкие буровики решили сначала пройти пробную скважину глубиной 4 км, чтобы составить более точное представление об условиях работы в недрах, опробовать технику и взять керн. По окончании пилотных работ многое из бурильного и научного оборудования пришлось переделывать, кое-что создавать заново.

Основную - сверхглубокую - скважину КТВ Хауптборунг заложили всего в двухстах метрах от первой. Для работ соорудили 83метровую вышку и создали мощнейшую по тем временам бурильную установку грузоподъемностью 800 тонн. Многие бурильные операции автоматизировали, в первую очередь механизм спуска и подъема колонны труб. Самонаводящаяся система вертикального бурения позволяла делать почти отвесный ствол. Теоретически с таким оборудованием можно было бурить до глубины 12 километров. Но реальность как всегда оказалась сложнее, и планы ученых не сбылись.

Проблемы на скважине КТВ начались после глубины 7 км, повторив многое из судьбы Кольской сверхглубокой. Сначала, как полагают из-за высокой температуры, сломалась система вертикального бурения и ствол пошел вкось. В конце работ забой отклонился от вертикали на 300 м. Потом начались аварии посложнее - обрыв бурильной колонны. Так же как и на Кольской, приходилось бурить новые стволы. Определенные трудности доставляло сужение скважины - вверху ее диаметр составлял 71 см, внизу - 16,5 см. Бесконечные аварии и высокая температура в забое –270°С вынудили буровиков прекратить работы невдалеке от заветной цели.

Нельзя сказать, что научные результаты КТВ Хауптборунг поразили воображение ученых. На глубине главным образом залегали амфиболиты и гнейсы - древние метаморфические породы. Зону схождения океана и остатки океанической коры нигде не обнаружили. Возможно, они есть в другом месте, здесь же находится небольшой кристаллический массив, вздернутый на высоту 10 км. В километре от поверхности обнаружили месторождение графита.

В 1996 году скважина КТВ, стоившая бюджету Германии 338 млн. долларов, перешла под патронат Научного центра геологии в Потсдаме, ее превратили в лабораторию для наблюдений за глубокими недрами и объект туризма.

В настоящее время пробурены 2 скважины, которые превзошли Кольскую скважину по длине ствола. Это ОР-I (месторождение Одопту, Сахалин, Россия)-12 345 м, Maersk Oil BD-04A (Катар) - 12 290 м.

Самая глубокая нефтяная залежь в нашей стране открыта в районе г.Грозного (Чеченская Республика) на глубине 5300 м, а промышленный приток газа получен в Прикаспийской впадине с глубины 5370 км. За рубежом самая большая глубина с которой ведется добыча газа-7460 м (США, Техас).

В Удмуртии тоже есть своя «сверхглубокая» скважина. Это параметрическая скважина, пробуренная в 19991 года в Сарапульском районе, ее глубина составляет 5500 м.

Все сверхглубокие скважины имеют телескопическую конструкцию: бурение начинают с самого большого диа­метра, а затем переходят на меньшие. Так, в Кольской скважине (Россия) диаметр с 92 см в верхней части уменьшился до 21,5 см на глубине 12 262 м. А в скважине КТБ-Оберпфальц (Германия) - с 71 см до 16,5 см на глубине 7500 м. Механическая скорость бурения сверхглубоких скважин составляет 1-3 м/час. За один рейс между спускоподъемными операциями можно углубиться на 6-10 м. Средняя скорость подъема колонны буровых труб равна 0,3-0,5 м/сек. В целом бурение одной сверхглубокой скважины пока занимает годы. Практика проводки скважин в сложных геологических условиях, научные разработки в области бурения и крепления, выполненные в последние годы, позволили увеличить глубину скважин (до 7 000 м и более) и совершенствовать их конс­трукции в следующих направлениях: "увеличение выхода из-под башмака предыдущих колонн, использование долот уменьшенных и малых диаметров; применение способа секционного спуска обсадных колонн и крепление стволов промежуточными ко­лоннами-хвостовиками; использование об­садных труб со сварными соединительными элементами и безмуфтовых обсадных труб со специальными резьбами при компонов­ке промежуточных и в некоторых случаях эксплуатационных колонн; уменьшение конечного диаметра скважин и эксплуата­ционных колонн.

Сверхглубокое бурение основывается на технологии вращательного бурения и последовательного закрепления пройденных интервалов колоннами обсадных труб. Харак­терные особенности технологии: *возрастание с глубиной температуры и гидростатического давления; "потеря устойчивости пород под действием разности между горным и гидро­статическим давлениями; "увеличение массы бурильной и обсадных колонн; "замедление темпов углубления за счет увеличения вре­мени спуска/подъема бурильной колонны и ухудшения буримости пород; "возрастание потерь энергии при передаче силовых воз действий с поверхности на забой; "необхо­димость отбора керна в больших объемах и проведения внутрискважинных геофизичес­ких исследований.

Для сверхглубокого бурения созданы и применяются буровые установки грузоподъемностью до 11 МН (1100 т) общей мощностью до 18 тыс. кВт с насосами (2-4 шт.) на рабочее давление 40-50 МПа мощностью до 1 600 кВткаждый. Как правило, такие установки имеют электричес­кий привод от источника постоянного тока, что позволяет осуществить бесступенчатое регулирование работы основных механизмов. Спуск/подъем бурильной колонны ведется преимущественно с удлиненными до 37 м «свечами» при максимальной механизации и автоматизации процесса. Установки такого типа производятся такими отечественными производителями, как Уральский завод тяже­лого машиностроения (УЗТМ) и Волгоградский завод буровой техники (ВЗБТ).

Деление буровых установок на установки для глубокого и сверхглубокого бурения определяется многими факторами:

1) технической характеристикой установки; нагрузкой на крюке, давлением и подачей буровых насосов, типом и мощностью главного привода; 2) массой наземного оборудования (как следствие технической характеристики буровой установки); 3) .способом монтажа, демонтажа и транспортировки; 4) временем, затрачиваемым строительство буровой; 5) временем бурения скважины; 6) организацией буровых работ.

При cверхглубоком бурении при­меняют роторный или турбинный способ бурения, возможны оба с поинтервальным чередованием. Первый из них нашел широкое распространение на Западе, второй - в России. Турбинный способ позволяет успешно применять бурильные грубы из легких (тер­мостойкие, алюминиевые)сплавов(ЛБТ). По критерию допустимых напряжений в трубах турбинный способ в сочетании с ЛБТ дает возможность в 1,5-2 раза увеличить глубину бурения по сравнению с роторным способом в сочетании со стальными трубами (СБТ) при той же грузоподъемности. Это преимущество подтверждено практикой бурения Кольской скважины: при ее проводке применялась со­ставная колонна из ЛБТ (низ) и СБТ (верх), примерно 2 ООО м, с использованием алю­миниевых сплавов, которые были в 2,4 раза легче стали. Общая тенденция добычи нефти и газа со все более глубоко залегающих горизонтов может быть проиллюстрирована следующими цифрами. Еще 20 лет назад основная добыча нефти (66%) осуществлялась из самых молодых кайнозойских пород. Из более древних мезозойских пород добывали 19% нефти, а из самых древних палеозойских пород -15%. Сейчас ситуация изменилась: основными поставщиками нефти стали мезозойские породы, на втором месте - породы палеозоя.

Предотвращение искривления сверх­глубоких скважин - важное условие успеш­ной их проводки. Для поддержания сил со­противления движению бурильной колонны и износа обсадных колонн в допустимых пределах стремятся, чтобы интенсивность искривления не превышала 2-3° на 1 км при соблюдении постоянства азимута искрив­ления, а абсолютная величина зенитного угла не превышала 10-12°. Особо жесткие требования предъявляются к вертикальнос­ти верхней части ствола. Для борьбы с кри­визной обычно используют жесткие ком­поновки низа бурильной колонны (КНБК) с полноразмерными центраторами, а при отсутствии должного эффекта - КНБК маятникового типа. В верхней части скважин (до 3-4 км) при бурении ствола большого диаметра успешно применяют реактивно-турбинные буры.

Развитие сверхглубокого бурения в обозримом будущем, по всей видимости, будет основываться на технологии вращательного бурения. По мере увеличения глубин (более 10 км) забойный привод долота будет вытеснять роторный способ, открывая дорогу для реализации принци­пиальных преимуществ бурильных труб из легких металлических сплавов на основе алюминия и титана. В центре внимания, вероятно, окажется термостойкий редукторный турбобур.

Есть планы по бурению 20-ти километровой скважины со дна Тихого океана.

Сверхглубокое бурение недаром сравнивают с покорением космоса. Такие программы, с глобальным размахом, вбирающие в себя все лучшее, чем располагает на данный момент человечество, дают толчок развитию многих отраслей промышленности, техники и в конечном итоге готовят почву для нового прорыва в науке. В таблице 23 приведены сведения о самых глубоких скважинах мира, на рисунке 36 показано расположение сверхглубоких скважие на территории бывшего СССР.

Таблица 23. Самые глубокие скважины мира

Снижение темпов роста добычи нефти наблюдается во всем мире. Добывающие компании, стараясь не потерять драгоценные баррели черного золота, совершенствуют методы извлечения углеводородов из открытых залежей. Одним из передовых методов является бурение горизонтальных стволов скважин в продуктивных пластах, о котором мы поговорим в этой статье.

Наклонно-направленное бурение скважин на кустах предшествовало усовершенствованию методов ориентации бурильного инструмента в скважине. На смену телеметрического контроля с использованием кабеля пришли инновационные цифровые технологии, позволяющие в реальном времени контролировать и управлять заданным азимутом и зенитным углом скважины. Теперь стало возможным бурить углеводородную залежь горизонтально. Подсчитано, что затраты на бурение горизонтальных скважин превышают стоимость вертикальных в 2 раза, а иногда и больше. Зато производительность горизонтальных скважин в 3 и более раз выше, чем у вертикальных. Очевидно, что затраты окупаются уже в первые годы добычи.

Технология горизонтального бурения

Перед строительством скважины разрабатывается проектная документация, в которую входит геологическая, техническая и экономическая части проекта. Основным документом на бурение скважины является ГТН (геолого-технический наряд).

Бурение горизонтальной скважины выполняют в несколько этапов:

  • бурение вертикального ствола с креплением обсадной колонной (кондуктор)
  • бурение с набором кривизны (зенитный угол) и направления (азимут), крепление ствола технической колонной
  • бурение с набором кривизны, стабилизация угла, вход в продуктивный пласт под малым углом, проходка горизонтального участка, спуск эксплуатационной колонны или хвостовика.

Наиболее сложный этап – бурение с набором кривизны. Приходится работать с применением телеметрии и специальных отклонителей. Информация о положении бурильной колонны выводится на экран, где оператор видит реальное положение колонны в скважине, сравнивает с проектным, передает бурильщику команды, корректируя направление.

При бурении технической колонны важно набрать необходимый зенитный угол и азимут. После крепления технической обсадной колонны начинается ответственный участок продолжения набора кривизны и стабилизации угла, чтобы ствол скважины перед заходом в продуктивный пласт имел угол близкий к 80 градусам, а в пласте двигался горизонтально.

Современные методы бурения используют забойные двигатели и долота, которые могут изменять направление бурения с использованием промывочной жидкости. В таком случае инженер может ориентировать буровое долото компьютерной программой с использованием сигналов позиционирования для определения местоположения долота относительно нефтяного или газового пласта.

Протяженность горизонтальных участков постоянно растет и отклонение от вертикального ствола на 1000 м уже давно перекрыто, рекорд составляет более 11 000 м.

Преимущество горизонтального бурения очевидно: повышение нефтеотдачи пласта. Даже на давно разведанных и эксплуатируемых площадях применяют метод боковой перфорации вертикальных колонн с последующим бурением горизонтальных ответвлений в продуктивном пласте.

Горизонтальное бурение выполняют специальным, иногда импортным дорогостоящим оборудованием. Здесь нужна повышенная технологическая дисциплина, требующая высокого исполнительского мастерства. Это, скорее, сложность, чем недостаток. Именно поэтому многие нефтяные компании имеют свои образовательные центры, где их специалисты обучаются новым технологиям. При наличии высококлассных специалистов, конечно, такой проблемы нет. Например, в компании «Нафтагаз » порядка 70% скважин бурятся именно горизонтальным способом.

Время больших открытий месторождений углеводородов заканчивается, впереди перспектива разработки месторождений с применением горизонтального бурения и последующим ГРП (гидроразрывом пласта).

В области добычи ценных энергетических ресурсов бурение горизонтальных нефтяных скважин занимает важное место: с помощью такой технологии становится возможным добыча нефти из труднодоступных мест, а также разработка сложных участков пород. Создаваемая в процессе бурения горизонтальная скважина имеет определенный угол отклонения от оси вертикального ствола, благодаря чему становится возможным выкачивать нефть наиболее быстрым и продуктивным образом.

Выполнение работ по бурению скважин должно проходить только после подготовительного этапа. К нему относится изучение грунта в месте бурения, получение разрешительной документации, которая является юридическим подтверждением законности нефтедобычи в данном месте.

Способы бурения скважин

Наклонные скважины в целом и горизонтальные в частности можно пробурить несколькими способами.

Основными методами считаются следующие технологии бурения:

  • Направленная работа.
  • Сервисное инсталляционное бурение.
  • Направленный процесс внутриразломного типа.

Стоит заметить, что второй метод обычно проводится вместе с прокладкой коммуникаций под землей, а третий способ чаще применяется в угольном пласте, поскольку в этом случае может потребоваться отведение газа.

Технологические особенности бурения

Ввиду падения эффективности работы старых скважин многие компании увеличивают объем производства посредством интенсивной разработки уже имеющихся и обнаруженных нефтяных залежей. Горизонтальное направленное бурение горизонтальных скважин – это весьма продуктивный способ прироста сырьевой добычи. Его суть заключается в расширении площади введения в ствол скважины продукта. В ходе горизонтального бурения образуются скважины с горизонтальными отрезками, которые становится возможным продолжить при наклонном бурении.

Бурение горизонтальных скважин имеет ряд особенностей, которые уравновешивают влияние такого способа на экологию


  • Бестраншейное строительство – один из технических методов, который позволяет вести работу возле высоковольтной линии электропередач, в жилищном массиве или около дорожной развязки.
  • Для сокращения временных затрат при бурении горизонтальных скважин оптимально использовать комплексное оборудование, поскольку при этом объем рабочей силы невелик, как и количество привлеченной к работе техники. Кроме того, в этом случае не нужно проводить действия по снижению уровня грунтовых вод, если они залегают слишком высоко.
  • Важную роль играет и финансовый вопрос: сокращение рабочего процесса ведет к уменьшению сметы, которая закладывается при планировании скважины. Использование высокотехнологичных устройств способствует минимизации затрат.
  • С общественной и экологической точки зрения подобные разработки полезных ископаемых не наносят ущерба или неудобств людям, которые постоянно проживают в районе нефтедобычи.

Применение способа горизонтального бурения

Подобный способ не только способствует увеличению количества добываемой нефти с уже эксплуатируемых месторождений. Он также позволяет с успехом разрабатывать участки, работа на которых при бурении обычной скважины считается непродуктивной и нерентабельной.

Подобный способ приносит успех в использовании в ряде случаев:

  • Неисправности бурового оборудования.
  • Месторождение нефти, расположенное в труднодоступной части для обычной технологии работы.
  • Добыча нефти, залегающей на дне крупного водоема (океан или море).

Поломки бура могут происходить из-за залегания особо твердых пластов на пути к месторождению. Также бур может заклинить на месте разработки, и извлечь из горной породы его уже невозможно. Чтобы продолжить разработку и одновременно обойти слишком прочный слой, можно применить бурение горизонтальной скважины под углом или параллельно.

В ряде случаев стандартное бурение скважины заменяется технологией горизонтальной прокладки из-за сложного рельефа, близкого расположения к водоему. Кроме того, такой метод дает возможность быстрее и легче достичь нужного слоя породы и выбрать наиболее комфортное место для извлечения нефти.

В случае, если нефть находится на океаническом или морском дне, горизонтальное бурение потребует минимальных затрат, в то время как стандартная технология требует установки морской платформы, что обойдется весьма недешево. Таким же образом можно устраивать подземные хранилища нефти.

Характерные факторы в процессе бурения

Горизонтальное направленное бурение для нефтедобычи сопровождается использованием инновационных технологий, которые дают возможность устроить скважину с большим углом отклонения от вертикального направления. Как правило, слои, которые содержат нефть, имеют горизонтальную структуру, и подобная технологическая особенность делает добычу такой нефти возможной. Горизонтальные скважины, в отличие от стандартных, отличаются большими показателями по производительности, если сравнивать результаты бурения в одной и той же области.

Проход делается в заранее определенном режиме в нужных слоях. Работа должна выполняться с соблюдением условий по функционированию установки, которая разрушает забой скважины.

Эффективность такого разрушения оценивается по следующим показателям:

  • Степень нагрузки на долото, которое имеет прямую связь с давлением по оси.
  • Количество оборотов при работе устройства.
  • Качество глинистого материала в каждом слое и его процент.
  • Метод применения устройства.

При учете всех особенностей, которые сопровождают бурение горизонтальной скважины, можно определить, какой метод будет оптимальным. Условия работы, как правило, соотносятся с методами бурения, и если придерживаться идеальных показателей в применении технологии, можно добиться наибольшего роста продуктивности прохода в процессе горизонтальной прокладки скважины.

Место бурения может располагаться на некотором расстоянии от слоя, в котором залегает нефть, и добыча будет иметь положительный результат. В то же время стандартный способ может сильно повредить окружающей среде с точки зрения экологии, и потому горизонтальные скважины не только имеют высокую производительность, но и не наносят урона природе и человеку.

Ключевое преимущество горизонтального направленного бурения заключается в сохранении баланса экосистем и отсутствии вреда ландшафтам, на которые не производится непосредственного влияния. Отрицательное влияние на условия жизни человека также стремится к минимуму, поэтому добычу нефти можно производить и около поселений и городов.

Подготовка к процессу

Процесс создания горизонтальной скважины для добычи нефтяного или газового продукта может проходить с использованием глубокого способа бурения и применением соответствующего оборудования. При этом сначала проводится оформление геолого-технического наряда и создание технической карты. Техрегламент контролирует этапы выполнения.

Ключевые этапы бурения горизонтальных скважин идут в следующем порядке:

  1. Сборка оборудования для работы.
  2. Операции по спуску или подъему автоматического оснащения.
  3. Ориентировочные бурильные работы.
  4. Создание раствора, регулировка его плотности и тяжести, а также обработка специальными веществами.
  5. Герметизация скважинного устья.
  6. Работы по глушению.
  7. Подготовка исследований готовых стволов по геофизическим параметрам.
  8. Подготовка ствола к спуску испытателя горной породы.
  9. Взрывание снарядов для отбора крена.
  10. Освоение готовой к приему скважины.
  11. Доставка буровых комплексов.

Каждое действие подготовительного этапа требует регулярной проверки раствора для скважины и поддержания его свойств на нужном уровне, при этом его анализы периодически обновляются. Устья стволов должны быть оснащены оборудованием, предотвращающим выброс нефтяного продукта, поскольку это позволит максимально уменьшить риск появления аварийных ситуаций в работе.

Техническое состояние устройств, которые применяются в работе, должно проверяться своевременно; для проверки исправности оборудования необходимо применять контрольно-измерительные устройства, рабочее состояние которых также должно быть проконтролировано, автоматика и предохранительные элементы.

Любые осложнения, которые появляются при бурении горизонтальной скважины, требуется устранить. После того, как подготовительный этап заканчивается, необходимо провести испытание горных пластов. Каждый процесс по бурению требует регулярного профилактического осмотра используемой техники, который проводится до и после работы.

Особенности управления в горизонтальном бурении скважин

Важным аспектом в работе является управление оборудованием в процессе бурения, поскольку сам бур находится на отдалении. Горизонтальная технология требует тщательного контроля во избежание плачевных последствий. В работе используется система локации, которая должна воплощать функцию контроля процессов. Система представляет собой специальный зонд, который находится в головке бура. Синхронизация действий зонда производится посредством специальной техники, и оператор регулирует эти действия, находясь на поверхности земли.

Среди прочих действий зонд будет отмечать, под каким углом производится бурение горизонтальных скважин в данный момент, а получаемые сведения отправляются на прибор, с помощью которого оператор производит управление системой. Специалист также отслеживает количество оборотов устройства, температурный режим головки бура. Чем более оперативно сведения будут поступать на пульт, тем выше вероятность, что опасные ситуации будут предусмотрены вовремя.

Процесс горизонтального бурения проводится с применением комплексных установок, и в их состав обычно включены следующие конструктивные части:

  • Рама.
  • Лафет.
  • Кузовная часть.
  • Ходовая система установки (она может быть на колесах или гусеницах).
  • Гидроустановка.
  • Энергостанция.
  • Пульт управления.
  • Дизельный мотор.
  • Система подачи штанг.

Классификация бурового комплексного оборудования может зависеть от предела протяжки, и этот показатель измеряется в тоннах. Также важную роль играет диаметр расширения, а также длина ствола: эти значения измеряются в максимальных пределах. Второстепенные данные служат для более полной характеристики качеств используемой в работе техники: это радиус изгиба штанговых колонн. Этот показатель позволяет узнать силу перемены траектории, которая может потребоваться при первичном бурении, а также затратами раствора для формирования стабильной горизонтальной скважины. Все эти показатели позволяют провести работу наиболее эффективно и безопасно.

Бурение необходимо применять при строительстве большого числа сооружений, оно применяется при постройке водопроводных систем и для добычи полезных ископаемых. Скважина представляет собой горную выработку цилиндрической формы.

Одним из видов скважин являются горизонтальные скважины, они необходимы в нефтедобыче и в тех случаях, когда скважину нужно проложить в населенной местности, к примеру, под дорогой.

Длина таких скважин намного больше их ширины, ее верхнюю часть называют устьем, а нижнюю - забоем. Стволом конструкции являются стены. Бурение горизонтальных скважин экологично и не наносит серьезного вреда экологии.

Обычно у этой конструкции прямой угол отклонения, но так как идеально прямых линий нет, и не может быть, то нужно бурить стволы по траектории, приближенной к оптимальной.

Преимущество этих скважин в том, что они позволяют получить намного больше нефти, чем вертикальные. Это более дорогое, но продуктивное бурение. Горизонтальная скважина обычно является добывающей, но может быть нагнетательной.

Бурение горизонтальных скважин

При бурении горизонтальной скважины, важно правильно определить нужное количество колонн и глубину установки «башмаков», для этого нужно знать точное количество зон, где невозможно провести ствол по причине неустойчивости пород.

Перед приоткрытием продуктивных и производительных горизонтов, предусмотрите спуск одной колонны, чтобы не было разрыва пород.

  • Различие между диаметром колонн и скважин нужно подбирать, учитывая значения, определенные практикой бурения, чтобы спуск колонны был легким и обеспечивалось прочное и качественное цементирование. Когда принимается решение о том, что важно знать эти нюансы.
  • Перед началом бурения нужно провести анализ проб грунта, чтобы определить, возможно ли бурение в данном месте. От свойств грунта зависит глубина залегания труб. На основании анализа необходимо получить все нужные разрешения для работы.
  • Далее нужно сделать пилотную скважину. Пилотная скважина это обычный пробный прокол. Для ее бурения требуется небольшая буровая головка, соединенная со специальной штангой. С ее помощью можно контролировать и корректировать прокладку траншеи.
  • Штанга - это длинная труба, одна ее секция может достигать 3 м. Для такого бурения требуются головки только с алмазным напылением.
  • В саму головку должен быть встроен особый передатчик, сигналы которого поступали бы на приемное устройство, если техника собьется с маршрута, это будет отражено на дисплее и все ошибки можно легко устранить.

Для расширения скважины нужно использовать специальный расширитель, он протягивается в обратном направлении, он необходим, чтобы срезать лишние слои грунта. Для того чтобы в скважину можно было легко вводить трубы, ее диаметр должен быть на 40% больше ширины трубы.

После окончания бурения скважины, в нее нужно проложить трубы. Расширитель притягивается с конца скважины, а к нему присоединяется захват для трубы.

Если заранее позаботиться о согласительной документации, то можно заранее получить информацию об имеющихся под землей кабелях, то есть, не нужно будет ремонтировать поврежденные коммуникации.

Для бурения таких скважин, необходимо особое оборудование с высокими прочностными характеристиками, на рынке есть как российское, так и иностранное такое оборудование.

Что касается прочности, то российское оборудование превосходит зарубежные аналоги, кроме того, оно и дешевле. Оно отлично адаптировано под российские условия бурения. Для него проще приобретать запчасти и оно обеспечит весьма серьезную экономию.

07.03.2014

Наклонно-направленное бурение, частным случаем которого является горизонтальное бурение, - способ сооружения скважин c отклонением от вертикали по заранее заданному направлению.

Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет >2° при колонковом бурении и >6° - при глубоком бурении скважин. Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно. Естественное искривление обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве.

Виды

Под искусственным искривлением понимают любое принудительное их искривление. Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно-направленными.

Наклонно-направленные скважины подразделяют на одно- и многозабойные. При многозабойном бурении из основного, вертикального или наклонного ствола проходится дополнительно один или несколько стволов.

Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ. Оно подразделяется на наклонное, горизонтальное бурение, многозабойное (разветвленно-наклонное, разветвленно-горизонтальное) и многоствольное (кустовое) бурение. Бурение этих скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, увеличивает нефтегазоотдачу пластов, снижает капиталовложения и уменьшает затраты дорогостоящих материалов.

Применение

Искусственное отклонение вплоть до горизонтального применяется при:

  • вскрытии нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;
  • отклонении ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;
  • проходке стволов на нефтеносные горизонты, залегающие под соляными куполами, в связи с трудностью бурения через них;
  • необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений промывочной жидкости;
  • проходке нескольких скважин на продуктивные пласты с отдельных буровых оснований и эстакад, расположенных в море или озере;
  • проходке скважин на продуктивные пласты, расположенные под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы);
  • необходимости ухода в сторону новым стволом, если невозможно ликвидировать аварию в скважине;
  • забуривании второго ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;
  • необходимости бурения стволов в процессе тушения горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;
  • необходимости перебуривания нижней части ствола в эксплуатационной скважине;
  • необходимости вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов;
  • кустовом бурении на равнинных площадях с целью снижения капитальных затрат на обустройство промысла и уменьшения сроков разбуривания месторождения;
  • бурении с целью дегазификации строго по угольному пласту, с целью подземного выщелачивания, например, калийных солей и др.

Кроме того, горизонтальное бурение незаменимо при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, озер, каналов и болот, под жилыми или промышленными застройками, в пределах территории населенных пунктов.

Методы

  1. Использование закономерностей естественного искривления на данном месторождении (способ типовых трасс). В этом случае бурение проектируют и осуществляют на основе типовых трасс (профилей), построенных по фактическим данным естественного искривления уже пробуренных скважин. Способ типовых трасс применим только на хорошо изученных месторождениях, при этом кривизной скважин не управляют, а лишь приспосабливаются к их естественному искривлению. Недостаток указанного способа – удорожание стоимости скважин вследствие увеличения объема бурения. Необходимо также для каждого месторождения по ранее пробуренным скважинам определять зоны повышенной интенсивности искривления и учитывать это при составлении проектного профиля.
  2. Управление отклонением скважин посредством применения различных компоновок бурильного инструмента. В этом случае, изменяя режим бурения и применяя различные компоновки бурильного инструмента, можно, с известным приближением, управлять направлением ствола скважины. Этот способ позволяет проходить скважины в заданном направлении, не прибегая к специальным отклонителям, но в то же время значительно ограничивает возможности форсированных режимов бурения.
  3. Направленное отклонение скважин, основанное на применении искусственных отклонителей: кривых переводников, эксцентричных ниппелей, отклоняющих клиньев и специальных устройств. Перечисленные отклоняющие приспособления используются в зависимости от конкретных условий месторождения и технико-технологических условий.

Развитие

Получив широкое распространение, одноствольное наклонное бурение не исчерпало своих резервов. Возможность горизонтального смещения забоя относительно вертикали (проекции устья скважины на пласт) позволила создать вначале кустовой, а затем многозабойные методы бурения. Техническое усовершенствование наклонного бурения явилось базой для расширения многозабойного и кустового бурения.

Горизонтальное и разветвленное горизонтальное бурение применяются для увеличения нефте- и газоотдачи продуктивных горизонтов при первичном освоении месторождений с плохими коллекторами и при восстановлении малодебитного и бездействующего фонда скважин.

Если при бурении наклонной скважины главным является достижение заданной области продуктивного пласта и его поперечное пересечение под углом, величина которого, как правило, жестко не устанавливается, то основная цель бурения горизонтальной скважины – пересечение продуктивного пласта в продольном направлении. При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать 1000 м.

Условия, вызывающие необходимость применения кустового бурения, подразделяются на:

  • технические – разбуривание кустовым бурением месторождений, залегающих под застроенными участками;
  • технологические – во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты; геологические – разбуривание, например, многопластовой залежи;
  • орографические – вскрытие кустовым бурением нефтяных и газовых месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад;
  • климатические – разбуривание нефтяных и газовых месторождений, например в зимний период, когда наблюдается большой снеговой покров, или весной во время распутицы и значительных паводков.

К разновидностям кустового бурения можно отнести двухствольное последовательное, двухствольное параллельное и трехствольное бурение. Кусты скважин приближенно можно представить в виде конуса или пирамиды, вершинами которых являются кустовые площадки, а основаниями – окружность или многоугольник, размеры которых определяются величиной сетки разработки и возможностью смещения забоев от вертикали при бурении наклонных скважин.

Количество скважин в кусте, помимо сетки разработки, наличия одно- или многопластовых залежей и других факторов, определяется технически возможными отклонениями забоев наклонных скважин.

При разбуривании многопластовых месторождений число скважин в кусте может пропорционально увеличиваться. При расположении кустов вдоль транспортной магистрали число скважин в кусте уменьшается по сравнению с одним локальным кустом.

В зависимости от выбранного варианта расположения устьев в кусте объем подготовительных, строительно-монтажных и демонтажных работ может изменяться в самых широких пределах. Кроме того, от выбранного варианта расположения устьев в кусте зависят размеры отчуждаемой территории, что очень важно для обжитых районов. Характер расположения устьев скважин на кустовой площадке играет большую роль и при эксплуатации скважин. При бурении скважин на кустовой площадке число одновременно действующих буровых установок может быть различным.

Опыт кустового бурения показывает, что этот метод дает возможность значительно сократить строительно-монтажные работы, уменьшить объем строительства дорог, водоводов, линий электропередачи и связи, упростить обслуживание эксплуатируемых скважин и сократить объем перевозок. Сегодня кусты скважин становятся крупными промышленными центрами с базами материально-технического снабжения, вспомогательными цехами и т. д. В целом кустовой способ бурения сокращает затраты на обустройство промысла, упрощает автоматизацию процессов добычи и обслуживания, а также способствует охране окружающей среды при освоении нефтяных и газовых месторождений. В этом случае можно полнее осуществлять сбор всех продуктов отхода бурения и уменьшать вероятность понижения уровня грунтовых вод на огромных территориях, которое может возникнуть вследствие нарушения целостности водоносных горизонтов.

Минимальное число скважин в кусте – две. Практически на нефтяных промыслах России группируют до 16–24 скважин в куст, но есть отдельные кусты, состоящие из 30 и более скважин. Из зарубежной практики известны случаи, когда число скважин в кусте >60. Так, в Калифорнийском заливе в США 68 скважин было пробурено с насыпного острова размером 60х60 м.

Один из прогрессивных методов повышения технико-экономической эффективности проходки скважин – многозабойное бурение. Сущность этого способа заключается в том, что из основного ствола скважины проводят один или несколько дополнительных стволов, заменяющих собой скважины, которые могли быть пробурены для этих же целей непосредственно с земной поверхности. Следовательно, в этом случае основной ствол используется многократно, поэтому значительно сокращается объем бурения по верхним непродуктивным горизонтам.

При многозабойном бурении нефтяных и газовых скважин значительно увеличивается полезная протяженность скважин в продуктивном пласте и соответственно зона дренирования, а также поверхность фильтрации.

По форме выполнения дополнительных стволов и по их пространственному положению различают следующие виды многозабойных скважин:

  • разветвленные наклонно направленные;
  • горизонтально разветвленные;
  • радиальные.

Разветвленные наклонно направленные скважины состоят из основного ствола, обычно вертикального, и дополнительных наклонно направленных стволов.

Горизонтально разветвленные скважины – это разновидность разветвленных наклонно-направленных скважин, т. к. их проводят аналогичным способом, но при этом в завершающем интервале зенитный угол дополнительного ствола увеличивают до 90° и более. У радиальных скважин основной ствол проводят горизонтально, а дополнительные – в радиальном направлении.

Разветвленные скважины являются перспективной областью развития технологии направленного бурения, т.к. их промышленное применение позволит решать следующие важные задачи освоения земных недр: эффективная разработка нефтяных месторождений с низкими коллекторскими свойствами продуктивного пласта, горизонтальной направленности; значительное сокращение числа скважин, необходимых для разработки месторождения нефти и газа; добыча высоковязкой нефти с больших глубин; строительство геотермальных станций в районах с невысокими температурами пластов горных пород. (EnergyLand.info 05.03.14)