Литература(Разное)

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин

Введение

 

Введение

 

Минерально-сырьевые проблемы в конце XX и в начале XXI века становятся острейшими глобальными. Они жизненно важны для всех без исключения стран мира и должны рассматриваться, исходя из общих экономических и политических тенденций, сложившихся на современ­ном этапе.

Научно-техническая революция во второй половине XX века приве­ла к огромному потреблению нефти и газа. В настоящее время мировая годовая добыча нефти и газа составляет соответственно 3 млрд. т и 1,8 трлн. м³.

Экономический потенциал государств становится все более зависимым от наличия национальных энергетических ресурсов или воз­можности их импортирования. Правительства многих стран, в том числе и российское, стали рассматривать обеспечение бесперебойного снаб­жения углеводородным сырьем как одну из важнейших задач внутрен­ней политики.

С начала разработки месторождений из недр России извлечено 12,7 млрд. т нефти и конденсата и 6,5 трлн. м³ газа. Однако за последние годы наметился значительный спад добычи нефти. Так в 1990 г. добыча упала на 53 млн. т, в 1991 г.— свыше 100 млн. т, а в 1992 г. падение достигло около 200 млн. т. На это повлияли не только экономические и технические условия эксплуатации нефтяных месторождений в основ­ных нефтедобывающих районах, но и геологические.

За последние 20 лет средние запасы новых месторождений уменьшились в 4 раза, доля крупных месторождений среди вновь откры­ваемых снизилась с 15 до 10 %, ухудшаются коллекторские свойства продуктивных отложений и качественный состав насыщающих их флюидов.

Существенно осложнились геологические условия на объектах про­ведения поисковых и разведочных работ. В большинстве регионов ресур­сы нефти и газа до глубины 2,5...3,0 км уже разведаны и многие из них давно эксплуатируются.

Высокая выработанность запасов является неизбежным следствием обводнённости продукции и снижением дебитов скважин. Так, по России в целом за 10 лет (1980—1991 гг.) структура разрабатываемых запасов по дебиту скважин изменилась следующим образом (Табл. 1).

 

Таблица 1

Дебит, т/сут	Снижение дебита скважин по годам, %
	1980 г.	1991 г.
100	31,9	1,5
50. ..100	20,0	3,5
25.. .50	10,8	9,8
5...25	31,8	73,8
5	6,3	. 11,4

Несмотря на относительное благополучие в добыче газа, лет через пять аналогичные проблемы будут и в газовой промышленности.

Более полное извлечение богатств из наших недр является важней­шей народнохозяйственной задачей. Но, к сожалению, при разработке месторождений из-за несовершенства техники и технологии в недрах остается большое количество полезных ископаемых. При этом самым низким коэффициентом извлечения их характеризуются нефтегазовые месторождения. Из мировой практики известно, что нефтеотдача этих месторождений не превышает 30...40 %.

При разработке этих месторождений применяются различные мето­ды воздействия на пласт (законтурное и внутриконтурное заводнение пластов, тепловые и физико-химические методы, гидроразрыв пласта и др.) и, несмотря на это, в среднем более половины геологических запасов нефти остаются неизвлечёнными и считаются "похороненными".

Разбуривание нефтяных и газовых месторождений наклонным спо­собом и особенно горизонтальными (ГС) и разветвлённо - горизонтальными скважинами (РГС) является эффективным методом формирования оптимальной системы разработки, а также восстанов­ления продуктивности месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации.

Вскрытие продуктивной толщи горизонтальными и разветвленно-горизонтальными стволами скважин увеличивает площадь фильтрации, исключает возможность поступления воды в процессе эксплуатации и оно особенно эффективно для низкопроницаемых коллекторов, а также коллекторов с вертикальной трещиноватостью.

Краткий исторический обзор проблемы

В своем докладе "Горизонтальные и разветвленно-горизонтальные скважины — рычаг повышения производительности и нефтеотдачи пла­стов" (1991 г.) почетный член Академии Естественных наук РФ Н. К. Байбаков подробно осветил состояние дел по этой проблеме в России и за ее пределами. Поэтому воспользуемся некоторыми све­дениями из его доклада. Этот метод впервые разработан и успешно реализован в отечественной практике в начале 50-х гг., однако, в дальнейшем он к сожалению не получил широкого применения.

Первый этап развития этого метода распространяется с 1950 по 1960 it. (первый опыт бурения в СССР). Первые экспериментальные работы (по методу А. М. Григоряна) были успешно осуществлены в 1952—1953 гг. на Карташевском месторождении в Башкирии, когда была сооружена первая горизонтально -разветвленная скважина № 66/45 (рис. 1, Табл. 2). В этой скважине почти 80 % всей проходки было пройдено непосредст­венно по продуктивному пласту. Скважина имела 10 резко искривлен­ных стволов. При ее вертикальной глубине 600 м общая протяженность скважины составила 1993 м, из которых 1768 м было пройдено непосред­ственно по продуктивному пласту. Максимальное расстояние между забоями составило 322 м, а наиболее протяженный горизонтальный ствол имел длину 168 м. Дебит нефти составил 120 т/сут, в том время как средний дебит по вертикальным скважинам на этом месторождении составил 7 т/сут. Правда, скорость бурения была ниже в 1,2 раза и бурение дороже в 1,5 раза, но при этом дебит был выше в 17 раз.

1959—1960 гг. — начало развития теоретических воззрений на гидродинамические процессы, возникающие при бурении ГС. Во ВНИИнефть были проведены гидродинамические исследования по раз­работке нефтяных месторождений с помощью горизонтальных и много­забойных скважин. Были созданы теоретические основы фильтрации и нефтеотдачи пластов в таких скважинах, изложенные Ю. П. Борисовым, В.П.Пилатовским, В.П.Табаковым в их монографии "Разработка нефтяных месторождений горизонтальными и многозабойными скважинами" (М.: Недра, 1964 г.).

Второй этап развития бурения охватывает 1961—1978 гг. До 1970 г. во ВНИИБТ под руководством А. М. Григоряна группой специалистов была разработана теория бурения таких скважин и эффективная техно­логия их проводки. А. М. Григорян подвел итог этим работам в своей монографии, которую выпустил в 1969 г. Во ВНИИБТ в это

Рисунок 1 Горизонтальные стволы              скважины № 66/45, 1953г

Рисунок 2 Марковская разведочная РГС

     Время был разработан и создан целый ряд технических средств, которые успешно были применены при бурении ГС и РГС в быв. Куйбышевской области, на Западной Украине, Восточной Сибири (Марковская разведочная с отклонением горизонтального ствола, равным 632 м и одним разветв­лением) (рис. 2) и многие другие.

Семидесятые годы — начало промышленного бурения ГС за рубежом. Лидером бурения ГС стал Французский институт нефти (ФИН), специалисты которого взяли за основу исследования советских ученых - нефтяников в области бурения и разработки нефтяных месторождений с помощью ГС и многозабойных скважин (МЗС), а также фирма "Эльф-Акитен".

В связи с определенной технической и технологической сложностью строительства ГС зарубежными фирмами были резко увеличены ассигнования на научно-исследовательские работы по горизонтальному бурению. За короткие сроки были сконструированы, прошли промыш­ленные испытания и появились на рынке новые забойные двигатели, долота, телесистемы и другое оборудование, позволяющее достигнуть высоких технико-экономических показателей при бурении ГС. Была решена проблема проведения геофизических исследований в горизон­тальных стволах.

К сожалению у нас в стране из-за того, что резко увеличилась добыча нефти (относительно дешевой) в Западной Сибири, снизился также резко и интерес к бурению РГС и ГС. Наша российская технология не внедрялась. Было упущено время.

С 1978—1979 гг. начинается третий этап. В эти годы резко возрастает интерес к бурению ГС в США, так как этот вид бурения становится экономически выгодным с использованием даже обычного, традиционного оборудования. Опыт эксплуатации ГС на нескольких месторождениях уже к 1982 г. показал, что они обладают большими потенциальными возможностями для обеспечения наиболее полного извлечения из недр углеводородов особенно там, где традиционные ме­тоды не дают эффекта, т. е. мало применимы.

Таблица 2.

Показатели	Разветвленно-горизонтальная скважина № 66/45	Обычная скважина
Общая проходка в про­дуктивном пласте, м	1768	320
Дебит нефти, т/сут	120	7
Скорость бурения, м/мес	600	705
Стоимость бурения, тыс. р.	75	50

 

     Большие работы по внедрению бурения ГС начались в шельфовой зоне Севеного моря. Развитие работ во Франции в эти годы стимулируются необходимостью разработки нефтяных месторождений Лак-Супериор и Кастера-Му (глубина 3 км), а также шельфового мес­торождения Распо-Маре (Италия), расположенного на Адриатике, где высоковязкая нефть находилась в карстовых ловушках. В это время фирма "Эльф-Акитен" устанавливает рекорды. Им удается пробурить скважину с длиной горизонтального ствола в 2 км и достичь 15-кратного увеличения дебита на одной из ГС месторождения Распо-Маре по срав­нению с соседними вертикальными скважинами.

Четвертый этап начался в 1985—1986 гг. Центр бурения ГС уверенно переместился в США. Успехи фирмы "Эльф-Акитен" вызвали огромный интерес многих нефтяных фирм США. Начинается активное разбуривание горизонтальными скважинами месторождения Прадхо Бей, сложенного низкопроницаемыми известняками. Резко возросли объемы бурения ГС в шельфовой зоне Северного моря (Дания, Норвегия, Англия).

К 1989 г. в США пробурено уже 51 ГС и 30—в Европе. На 12-м Международном нефтяном конгрессе в Хьюстоне (1987 г.) значительное число докладов было посвящено бурению ГС и результа­там их использования для разработки нефтяных и газовых месторож­дений. В сводном докладе, представленном на Конгрессе французскими и американскими специалистами было предложено осуществлять бу­рение ГС по трем методам: с малым (6...45 м), средним (40.. .100 м) и большим (300... 600 м) радиусами кривизны.

В настоящее время бурение горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин успешно применяется в большинстве нефтедо­бывающих стран, таких как США, Франция, Канада, Дания и др. В США в 1990 г. было уже пробурено 2000 скважин, а к 2000 г. планируется пробурить до 20 тыс. таких скважин.

При строительстве ГС достигнуты высокие результаты в технике и технологии бурения и, особенно, в телеметрическом контроле за трае­кторией ствола скважины. Максимальная длина горизонтального участ­ка скважины при этом в Калифорнии достигла 3865 м. В 1990 г. в США благодаря горизонтальным скважинам добывалось дополнительно 16 тыс. т нефти в сутки. Бурением ГС занимается свыше 50 фирм и ком­паний в более чем 20 странах мира. Основные из них — "Стандарт-Ойл" (Норвегия), "Арко" (Дания), "Истмен Кристенсен" (США), "Пройсаг" (ФРГ), "Тедси", "Бритиш Петролеум" (Англия), "Эльф-Акитен" (Франция), "Эльф-Италия",  "Сперисан"(США), "Анадрилл"(США) и др.

В нашей стране на территории бывшего Советского Союза пробурено 207 горизонтальных скважин. В России в 1990 г. было сооружено 12 ГС, в 1991 г.—44 (в том числе в Западной Сибири 13). В 1992 г. пробурено 32 ГС.

По данным производственных нефтяных организаций дебит освоен­ных скважин в 3... 10 раза превышает дебит соседних вертикальных и наклонных скважин. За последние годы в соответствии с программой "Горизонт" организовано бурение ГС в ПО Саратовнефтегаз, Башнефть, Татнефть, Нижневолжскнефть, Коминефть, Сахалинморнефтегаз, Нижневартовскнефтегаз, Томскнефть, Пермнефть и др.

 

Рисунок 4 Разветвленная скважина № 1543 Западная Украина, 1957 г. (а); Горизонтальная скважина № 1644, Западная Украина, 1957 г. (б)

Рисунок 5 Разведочная РГС под Душанбе

 

Рисунок 6  Горизонтальная скважина в известняках(быв.Татарская АССР)

Рисунок 7 Рост числа горизонтальных скважин (прогноз мирового объёма): 1-поданным фирмы «Пройсаг»;2-поданным Р.Лангу и Н.Джетту

 

В Западной Сибири создано специализированное буровое предприятие по горизонтальному бурению в Нижневартовске (Инженер­ный центр по сервисному комплексному информационному обеспе­чению), совместное предприятие "Сибирский Сперри-Сан" в Нефте-Юганске. Подобные центры созданы в Башкирии, Саратовской области, г.Оренбурге, г.Сургуте и др. районах.

Некоторые данные по пробуренным ГС представлены на рис. 6, а рост числа горизонтальных скважин по мировому прогнозу представлен на рис. 7.

 

Горизонтальное

и разветвленно-горизонтальное бурение - метод резкого повышения нефтегазоотдачи пластов

В последние годы новые технологии, основанные на горизонтальном бурении, произвели настоящую революцию в практике и теории нефте­добычи. Дебиты скважин, имеющих горизонтальные окончания боль­шой протяженности, значительно возросли. В результате разрядились сетки скважин, снизились депрессии, значительно увеличилось время безводной эксплуатации, изменились категории запасов, считавшиеся ранее неизвлекаемыми, которые в настоящее время могут эффективно извлекаться в промышленных масштабах, повысилась эффективность многих старых методов воздействия на пласт при их реализации с помощью горизонтальных скважин. По многим показателям достигнуты впечатляющие результаты.

На рис. 8 показано преимущество горизонтального бурения по срав­нению с вертикальным в отношении отрицательного влияния подошвен­ных вод на качество извлечения углеводородов. Вертикальная, а также и наклонная скважины, попадая в продуктивный пласт, зачастую вскрывают и подошвенную воду, В то время, как горизонтальную скважину направляют в продуктивном горизонте выше этой подошвен­ной воды.

При режимах с неподвижными контурами принимается равномер­ная сетка размещения скважин на площади. После выбора схемы размещения скважин на площади определяют возможные варианты разработки данной залежи. Для этого задаются различными числами рядов, а для каждого ряда — различными расстояниями между скважинами.

Для каждого варианта размещения скважин на площади производят­ся гидродинамические расчеты по определению текущих дебитов скважин во времени, текущего и суммарного отбора нефти из залежи, срока разработки залежи и т. д. При этом учитываются ресурсы естест­венной пластовой энергии, а в случае необходимости предусматривается восполнение этой энергии извне.

Следует заметить, что в случае разбуривания залежи горизонталь­ным, а еще лучше разветвленно-горизонтальными скважинами резко упрощается система разработки месторождения, поэтому становятся дешевле и работы по его эксплуатации.

Извест­но, что в горной породе нефть фильтруется десятки лет на сотни метров сквозь мельчайшие поры пласта от периферии к забоям скважин, встре­чая часто на своем пути естественные преграды. Эти преграды либо естественные, литологические или тектонические экраны, либо застой­ные зоны с низкими градиентами давления в фильтрационном поле, либо "языки" воды, прорвавшиеся и разрезавшие нефтяное поле и т. п., и являются основной причиной потерь огромных запасов нефти в пла­стах. В недрах остаются миллиарды тонн "остаточной" нефти.

К сожалению не разрабатываются многие месторождения с большими запасами углеводородов, но с низкими коллекторскими свой­ствами или с тяжелой нефтью, где малые дебиты не оправдывают затрат на бурение.

Рисунок 8 Схема подтягивания водонефтяного контакта (ВНК) при разработке залежей с подошвенной водой

 

Вследствие огромной конкуренции на нефтяном и газовом рынке в настоящее время требуется резко снизить себестоимость добываемых углеводородов путем коренного усовершенствования дренажных спо­собностей коллекторов. Такому требованию удовлетворяет разветвленно-горизонтальное бурение (РГ). Основным направлением применения разветвленно-горизонтального бурения у нас в стране должно стать воз­рождение старых нефтяных месторождений и извлечение из них оставшихся запасов нефти (которые составляют до 60.. .80 % от началь­ных запасов). По мере развертывания работ, развития техники и техно­логии, приобретения опыта, эта технология будет постепенно пере­носиться и на другие объекты (залежи с нефтяными оторочками, высоковязкие нефти, плотные коллекторы и др.). С 1949 по 1980 гг. в 13 районах, на 30 площадях бывшего Советского Союза пробурено 110 РГ скважин при глубинах по вертикали от 400 до 2300 м, в том числе 57 эксплуатационных, 35 разведочных, 8 противофонтанных, 10 водо-понизительных и нагнетательных скважин.

В разветвленных скважинах забурено 320 дополнительных стволов общей протяженностью 175440 м, в том числе забурено 210 резко искривленных ответвлений с общей проходкой 21000 м из "открытого" ствола. Максимальная интенсивность искривления достигла 10...12VIO м проходки. Максимальная длина горизонтального участка 632 м.Технологические модели систем разработки ГС представлены на рис. 9.

Примером мощного прироста добычи нефти за счет применения РГС является разработка одной залежи объединения Бориславнефть (Запад­ная Украина), эксплуатировавшейся ранее 43 года (с 1914 г.) очень густой сеткой скважин с расстоянием 90... 100 м.

Рисунок 9 Технологические модели систем разработки ГС

 

Суточные дебиты там составляли 0,05...2 т/сут после "истощения' залежи, в 1957 г. были пробурены 4 РГС, которые дали дебит в 8...14 раз выше самой высокодебитной старой вертикальной скважины. За 15 лет работы эти 4 скважины дали 47,2 % добытой нефти. Таким образом, нефтеотдача повысилась на 50 пунктов.

Рост дебита горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными для различных месторождений мира приведен в табл. 3.

 

Основные направления в решении проблемы бурения горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин

Для кардинального решения проблемы качественного и эффективно­го бурения горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин необходимо:

исследовать гидродинамику пласта нефтяных и газовых залежей различных типов с целью создания оптимальных систем разработки нефтяных и газовых месторождений ГС и РГС;

исследовать напряженное состояние горных пород, вскрываемых этими скважинами и механику формирования ствола породоразрушающими инструментами различных типов;

разработать систему оптимального управления траекторией глу­боких ГС и РГС для различных геологических условий и способов бу­рения;

разработать эффективную технологию бурения, вскрытия пластов и крепления ГС и РГС и особенно обратить внимание на разработку специальных буровых и тампонажных растворов и гидродинамические особенности их работы в этих условиях;

разработать эффективные технические средства (отклоняющие, ориентирующие, стабилизирующие и измерительные) для бурения ГС и РГС.

Кроме того, необходимо разработать технику и технологию бурения горизонтальных скважин для нефтегазопроводов под реками и другими препятствиями. Это тоже является проблемным вопросом горизонталь­ного бурения.

 

Таблица 3 Рост дебита горизонтальных скважин

Месторождение (страна)		Глубина залегания про­дуктивно-го пласта, м	горизон­тального участка, м	Дебит, т/с		Рост дебита
				горизон­тальная скважина	вертикаль­ная скважина
Росло Маре (Италия)		1380	470	525. ..1908	89...270	6...23
Колд Лейк (Канада)		480	1016	4000	500	8
Прадхо Бей (США)		2700	476	1670	400	4,1
Виргиния (США)		1020	600	3400	2100	1,6
Яблоновское (быв. СССР)		540	150	40	23	1,7
Карташевское		475	51 ...328	120	6...8	15...20
Южно-Введеновское		1320	<100	—	—	2,3
Тереклинское		1300	<100	64	32	3...6
Бориславское		600	100	10...28	0,1...2,0	7...40
Южно-Карское		260	—	70... 140	4...35	2...35
Камышановская		—	—	—	—	7...17
Ириновская пл.	—		—	—	—	10...12
Долинское	—		—	27... 208	10...16	3...12
Марковская пл.	2164		632	—	—	2
Полазна	1120		—	—	—	2,5

 

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин