Какие скважины называются горизонтальными. Как проводят горизонтальное бурение нефтяных скважин? Особенности строения горизонтальной скважины

Horizontal wells: from bold experiment to traditional technology

Горизонтальное бурение набирает обороты. Все больше скважин бурится с горизонтальным окончанием, либо из вертикальных скважин режутся боковые стволы. Наклонно-направленные скважины используют при разработке морских месторождений с платформ или с берега, в регионах со сложными геологическими условиями, требующими протяженных по длине стволов горизонтальных скважин. Такие скважины имеют сложную пространственную архитектуру, что определяет необходимость применения инновационных технологий, оборудования и квалифицированных кадров. И хотя это требует больших финансовых, материальных расходов, в конечном итоге – значительно увеличивает площадь дренирования продуктивного пласта, что увеличивает дебиты, а значит, прибыли компаний. «Круглый стол» редакции, проведенный методом экспресс-опроса, посвящен этой актуальной проблематике.

The horizontal drilling are gaining momentum. More wells drilled with horizontal bottom or from vertical wells cut sidetracks. Directional inclined wells used in the development of offshore fields or platforms with the shore, in regions with complex geological conditions, requiring extended along the length of the trunks horizontal wells. These wells have a complex spatial architecture that determines the necessity of application of innovative technologies, equipment and qualified personnel. And although it requires considerable financial, material costs, and, ultimately, significantly increases the drainage area of the reservoir, which increases flow rates and, therefore, the profits of companies. «Round table» revision carried out by the method of an opinion poll devoted to this actual issue.

Если в 70 – 80-е годы горизонтальные скважины были редким эпизодом, смелым экспериментом, демонстрацией возможностей техники и технологий, то сейчас это – производственная необходимость и обычная практика бурения скважин. Об этом свидетель­ствует статистика. Так, по итогам первого квартала 2017 г. видно, что большинство нефтяных компаний все больше внимания уделяет горизонтальному бурению, объемы которого занимают более трети от общего метража проходки. Например, в компании ЛУКОЙЛ в общем объеме бурения горизонтальные скважины составляют 35 %, «Роснефти» – 36,9 %, «Газпром неф­ти» – 71 %, «Башнефти» – 76 %, компании «Ру­сс­Нефть» – 89,7 % от общего объема проходки!

КУЛЬЧИЦКИЙ Валерий Владимирович,

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Доктор технических наук, профессор. Исполнительный директор центрального правления Научно-технического общества нефтяников и газовиков имени академика И.М. Губкина, заместитель заведующего кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин, директор НИИБТ РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.
Авторитетный в России специалист в сфере геонавигации и интеллектуальных скважинных систем. Эксперт по промышленной безопасности в нефтяной и газовой промышленности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, член Европейской ассоциации геофизиков и инженеров ЕАГО. Награжден медалью «Автору научного открытия» им. П.Л. Капицы (2003) за развитие теоретических основ создания интеллектуальных скважин.

Назрела потребность обсудить со специалистами актуальные проблемы строительства наклонно-направленных, горизонтальных и многоствольных скважин.
Представляем мнение профессионалов по этой весьма актуальной теме.
В успешной проводке горизонтальных скважин немало слагаемых, пренебрежение любым из которых может осложнить или погубить процесс. Но все-таки самое главное в этой технологии – системы геонавигации, каротажа и телеметрии. И поэтому мы начали наш опрос именно с вопроса о качестве применяемого оборудования.

В.В. КУЛЬЧИЦКИЙ:

«Разработка первых отечественных бескабельных забойных телеметрических систем: ЗИС-4 как аналога MWD–системы и «Забой» как аналога LWD–системы (разработчик ВНИИГИС, г. Октябрьский) финансировалась Министерством геологии, но так и не были востребованы ни геологами, ни нефтяниками-буровиками. После неудачных государственных испытаний ЗИС-4 в 1984 г. на Самотлорском месторождении в буровой бригаде Героя Социалистического Труда Анатолия Дмитриевича Шакшина нефтяники отказались от «электронного надзирателя» наклонно-направленных скважин, субъективно управляемых «кончиком карандаша».

– Как качество оборудования сказывается на результатах горизонтального бурения?
В.В. КУЛЬЧИЦКИЙ, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Как федеральному эксперту Минобрнауки мне довольно часто приходится расследовать инциденты, произошедшие при геонавигации скважин сложной пространственной архитектуры. Могу заключить, что до сих пор «торчат уши» недофинансирования отечественного геонавигационного оборудования, особенно на стадии доводки до промышленных образцов и внедрения в 80 – 90 гг. прошлого столетия. Большая доля непроизводительного времени и аварий приходится именно на отечественные телесистемы.

Разработка первых отечественных бескабельных забойных телеметрических систем: ЗИС-4 как аналога MWD-системы и «Забой» как аналога LWD-системы (разработчик – ВНИИГИС, г. Октябрьский) финансировалась Министерством геологии, но так и не были востребованы ни геологами, ни нефтяниками-буровиками. После неудачных государственных испытаний ЗИС-4 в 1984 г. на Самотлорском месторождении в буровой бригаде Героя Социалистического Труда Анатолия Дмитриевича Шакшина нефтяники отказались от «электронного надзирателя наклонно-направленных скважин, субъективно управляемых кончиком карандаша». Об этом написано в книге: Кульчицкий В. В. Геокосмос (М.: ИЦ РГУНГ, 2013 г. 146 с.).

С.В. КОЛБИН, OАО «Сургутнефтегаз». Качество оборудования является одним из ключевых вопросов при горизонтальном бурении боковых стволов. Отказ любого элемента КНБК приводит к дополнительным затратам. Мы уже не один год работаем совместно с производителями над повышением стойкости долот, увеличением межремонтного периода ВЗД и наработки на отказ телеметрических систем с целью достижения сбалансированной по времени работы «триады» (долото + ВЗД + телесистема), стремясь к тому, чтобы не было неплановых СПО из-за отказов. Практически все оборудование перед отправкой в бригады подвергается тестированию, опрессовкам, обкаткам.
И.А. ЛЯГОВ, компания ООО «Перфобур». Качество является совокупностью основных потребительских свойств любой технической продукции и определяется довольно обширной номенклатурой показателей из различных групп: назначением, надежностью, технологичностью, эргономичностью и т.д.

Поэтому качество оборудования, используемого для строительства горизонтальных скважин, непосредственно сказывается на результатах работы.
Например, в компании ООО «Перфобур» все узлы проходят испытания на стенде, на котором отрабатываются режимы бурения различными долотами и винтовыми забойными двигателями, подбираются фрезы под обсадные колонны различной категории прочности, а также проводится запись траектории пробуренных в песчано-бетонных блоках каналов.

КОЛБИН Сергей Викторович,

ОАО «Сургутнефтегаз»

Сергей Викторович работает начальником Управления по капитальному ремонту скважин и повышению нефтеотдачи пластов открытого акционерного общества «Сургутнеф­тегаз».

М.В. РАКИТИН, компания ООО «ЛУКОЙЛ – Нижневолжскнефть». Вопросы, с учетом специфики нашей компании, я бы, наверное, немного подкорректировал. Ведь мы работаем на морских месторождениях, а бурение горизонтальных скважин на море принципиально отличается от бурения боковых стволов на суше. Поэтому логично добавить вопрос: «Почему бурение на море принципиально отличается от бурения на суше?»
Отвечу: основные причины этого:

С.В. КОЛБИН:

«Качество оборудования является одним из ключевых вопросов при горизонтальном бурении боковых стволов. Отказ любого элемента КНБК приводит к дополнительным затратам».

– повышенные требования к безопасности бурения, эксплуатации и ликвидации скважин на море;
– очень высокие финансовые затраты требуют максимального сокращения времени строительства, что невозможно без использования надежного и высокотехнологичного оборудования мирового уровня;

– на суше разведочных (вертикальных) скважин довольно много, поэтому геологическая и эксплуатационная модель весьма надежная. На море разведочных скважин мало, поэтому при строительстве эксплуатационных скважин дополнительно решается задача доразведки горизонтальными скважинами месторождения.
Мы ведем бурение на Севере Каспия, поэтому ответы на другие вопросы будут связаны с бурением на море.
Геонавигация на наших месторождениях осуществляется удаленно небольшим коллективом, в который входят: геонавигатор, интерпретатор ГИС (петрофизик), геомеханик и супервайзерская служба Закзазчика. Для геонавигации используются сейсмические данные, данные ГТИ и ГИС-бурения (MWD&LWD), по­ступающие в реальном времени при бурении.

А.В. МИХАЙЛОВ:

«Именно благодаря геомеханическому моделированию можно подобрать оптимальную плотность и рецептуру бурового раствора. Также с помощью специалистов Центра технических решений ННБ, совместно с инженерами растворного сервиса, подготавливаются все необходимые гидравлические расчеты с учетом КНБК и бурильного инструмента – для понимания ожидаемой эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП), эффекта свабирования и поршневания, рассматриваются все риски как во время бурения, так и во время спуско-подъемных операций».

Оборудование ГИС-бурения (MWD&LWD) при бурении на море играет очень важную роль. Кроме получения стандартной информации для определения литологии, пористости и характера насыщения надеемся на дополнительные данные, поэтому на море все шире начинаем использовать специальные методы ГИС-бурения (MWD&LWD): ГДК с отбором проб, ЯМК.
А.В. МИХАЙЛОВ, компания Халлибуртон. Бурение скважин, в частности горизонтальных, всегда связано с большими перегрузками и вибрационным воздействием вследствие несовершенства качества ствола, больших пространственных интенсивностей, разниц диаметров внутрискважинного оборудования и бурильного инструмента. Нужно также учитывать факт влияния бурового раствора, больших давлений и температуры. Безусловно, к качеству оборудования ННБ и каротажа во время бурения (LWD) всегда предъявлялись высокие требования. Так как любой отказ данного оборудования всегда влечет за собой незапланированные смены КНБК и спуско-подъемные операции, что в целом влияет на срок строительства скважин, тем самым увеличивая затраты компаний-операторов.
Любое оборудование ННБ должно пройти определенный цикл проверок и тестов на стадии разработки. Оно подвергается всем возможным механическим тестам, таким, как проверка на изгиб, кручение; проходит испытания на вибрационном и гидравлическом стенде. После чего уже имеет право проходить полевые испытания. Только после полевых испытаний оборудование получает сертификат или паспорт, подтверждающие работо­способность в сложных горно-геологических условиях.

– Геонавигационные системы каких производителей вы используете? Чем они привлекают вас: ценой, простотой в эксплуатации и обслуживании, надежностью, рабочим ресурсом?
В.В. КУЛЬЧИЦКИЙ. Эра освоения Западной Сибири высокотехнологичной отечественной геонавигацией нефтяных скважин сложной пространственной архитектуры началась 15 июля 1990 г., когда на Самотлорском месторождении пробурили за 30 суток и ввели в эксплуатацию скважину с длиной горизонтального ствола 209 м в коридоре пласта AB1+2 («рябчик») трудноизвлекаемой нефти. Дебит в 2 – 7 раз превысил соседние скважины с вертикальным вскрытием пласта!!!
Немного теории для понимания сложности технологии.
Геонавигация – составная и определяющая часть геонавтики – является научным направлением, в рамках которого ставятся и решаются технологические, аппаратные и программные задачи управления траекторией ствола скважины во взаимосвязи с исследованием околоскважинного пространства и воздействием на него в процессе бурения. Об этом написано в книге: Кульчицкий В.В. Геонавигационные технологии проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин (М.: ВНИИОЭНГ, 2000. 351 с.).
Геонавигация – высокотехнологичный сегмент разработки «сланцевой» нефти. Для разработки нефтяных залежей стволами значительной протяженности и площади охвата нефтяного пласта требуются надежные интеллектуальные и кибернетизированные КНБК с ресурсом работы до 1000 часов, обеспечивая одним рейсом долота до 10000 м. К разработке многофункцио­нального интеллектуального забойного оборудования на основе бурильного инструмента со встроенным силовым кабелем и вентильного электробура приступило ООО «НОВОБУР» (г. Пермь), что революционизирует технику и технологию бурения горизонтальных и многозабойных скважин – основу бурно развивающейся геонавигации.

ЛЯГОВ Илья Александрович,

ООО «Перфобур»

Кандидат технических наук по специальности «Технология бурения и освоения скважин».
Закончил аспирантуру в «Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» (г. Санкт-Петербург).
Выпускник кафедры Нефтегазопромыслового оборудования Уфимского государственного нефтяного Технического университета. Проходил обучение во Фрайбергской горной академии (Германия).
Специалист в области закачивания скважин, вторичного вскрытия ПЗП. В настоящее время занимает должность главного инженера в компании ООО «Перфобур», занимающейся разработкой новой технологии радиального бурения.

Сланцевая нефть – нефть, которая добывается из сланцевых залежей, образованных из растительных и животных остатков, находящихся в твердом или в жидком состоянии в низкопроницаемых породах (Tight Oil).
Нефтематеринские породы – непроницаемые в реальном времени осадочные породы, способные в определенных геологических условиях и времени (миллионы лет) выделять свободные углеводороды, образованные в процессе диа- и катагенетических преобразований заключенного в них рассеянного органического веще­ства, когда общепринятые технологии дают коэффициент извлечения нефти (КИН) – от 0 до 1 – 3 %.
Каждой сланцевой формации соответствует определенная зрелость органического вещества (ОВ) – (определенные термобарические условия, пребывание в определенной стадии мезокатагенеза  – «окне нефтегазогенерации»). Необходимо создать в горном пространстве условия, при которых из керогена нефтематеринской породы генерируются подвижные углеводороды. Выявление закономерностей осадконакопления отложений баженовской свиты (БВ) определяет стратегию геонавигации скважин и пространственную архитектуру многозабойных наклонно-направленных и горизонтальных стволов. Зависимость фильтрационно-емкостных свойств горных пород от текстурно-структурных особенностей, сложившихся в процессе осадконакоплений, и постседиментационных преобразований исходных горных пород определяет тактику геонавигации многозабойных скважин.

Пример геореактора показывает тренд развития геонавигации в мире в целом и в России в частности. Это высокотехнологичное инновационное освоение подземного пространства (геокосмоса) стволами скважин значительной протяженности и площади охвата. Протяженность ствола скважины, а не глубина стала параметром мировых рекордов при освоении недр! Недра – то есть геокосмос наряду с подводным, воздушным и безвоздушным является четвертым видом пространства – подземным, в котором все активнее осуществляется деятельность человека, что, несомненно, приводит к изменению структур производства и потребления. Значительное сопротивление горных пород передвижению машин и механизмов, наличие больших давлений и температур предъявляют специфические требования к техническим средствам и технологиям, способным обеспечить активную деятельность человека в подземном пространстве.
С.В. КОЛБИН. Мы работаем с телеметрическими системами различных типоразмеров с гидравлическим, кабельным и электромагнитным каналами связи, а также с комбинацией двух последних, в зависимости от решаемых задач, например: какая промывочная жидкость применяется, биополимерный раствор, или, если работы производятся на депрессии, аэрированная азотом нефть. Комбинированный канал передачи данных уникален, разработан производителем по нашему техническому заданию.
И.А. ЛЯГОВ. В своей Технической Системе (ТС) «Перфобур» мы планируем использовать автономную (а в перспективе – оборудованную on-line каналом связи) телесистему отечественного производства, выпускаемую компанией АО «СКБ «ПН».

РЕДАКЦИЯ:

«В связи с тем, что общий фонд скважин в России вступает в период падающей добычи, необходимость будет подталкивать к масштабной разработке баженовской свиты, территория которой распространяется в Западной Сибири на площади около 1 млн км 2 с огромными запасами – до 140 млрд тонн нефти».

Сегодня ведется запись траектории каналов, пробуренных на нашем оборудовании с использованием ТС «Перфобур». Это позволяет многократно входить в уже пробуренный канал для исследований, интенсификации и в дальнейшем – для его капитального ремонта.
АО «СКБ «ПН» (г. Санкт-Петербург) заинтересовал нас тем, что специалисты данного поставщика первыми откликнулись на предложение по разработке малогабаритного автономного феррозондового инклинометра (диаметром 36 мм и длиной менее метра – в герметичном корпусе), способного работать в каналах с радиусом кривизны менее 7 метров.
М.В. РАКИТИН. В нашей практике бурения на море используется оборудование ГИС-бурения (MWD&LWD) компании Schlumberger.
А.В. МИХАЙЛОВ. Сперри Дриллинг Сервисез как департамент наклонно-направленного бурения сервисной компании Халлибуртон имеет геонавигционные системы собственного производства. В частности мы обладаем высокотехнологичным прибором ADR – азимутальным датчиком глубокого измерения удельного сопротивления. Он является прекрасным решением для оптимизации проводки траектории ствола скважины, максимального повышения добычи и продления срока эксплуатации скважины.
Прибор ADR сочетает в себе датчик направленного бурения глубокого проникновения с традиционным мультичастотным компенсированным датчиком удельного сопротивления. Глубокие измерения (до 6 метров), имиджи с высоким разрешением позволяют получать ранние предупреждения от приближения к границам пласта до выхода из продуктивной зоны, позволяя сохранять положение скважины в наиболее продуктивной части пласта.
Как и все приборы компании Халлибуртон, ADR имеет большую надежность и специальный дизайн, разработанный для бурения горизонтальных скважин различной сложности.

– Какие компоновки низа бурильной колонны при строительстве горизонтальных скважин, зарезке боковых стволов вы применяете?
С.В. КОЛБИН. Кроме упомянутых выше телесистем при проводке боковых стволов применяем ВЗД (в габаритах от 73 до 127 мм) и долота диаметром от 85 до 142,9 мм, как отечественных, так и зарубежных производителей. Использование РУС широкого распространения не получило, поскольку боковые стволы проводятся, в основном, на разбуренных, «старых» месторождениях.

И.А. ЛЯГОВ:

«В настоящее время в России существуют технологии для строительства многоствольных скважин, способные конкурировать с компаниями «Большой четверки».

И.А. ЛЯГОВ. В составе компоновки низа бурильной колонны ТС «Перфобур» мы используем специальные малогабаритные винтовые забойные двигатели с одним или двумя углами перекоса, устройство регулирования осевой нагрузки, способное работать как в режиме демпфера, так и асциллятора, долота типа PDC малого диаметра (58 – 60 мм), а также центраторы, места установки и диаметры которых подбираются в зависимости от требуемых параметров траектории каналов. В компоновку может быть включен автономный инклинометр.
М.В. РАКИТИН. Используются ВЗД, долота и РУС компании Schlumberger. Модули аппаратуры ГИС-бурения (MWD&LWD) входят в компоновку (КНБК) и используются на всех этапах строительства эксплуатационной скважины.

А.В. МИХАЙЛОВ. Специалистами Центра технических решений наклонно-направленного бурения (Solution Engineering) нашей компании КНБК проектируется и подбирается индивидуально для каждой горизонтальной скважины. Это делается для того, чтобы максимально удешевить стоимость компоновки, но при этом полностью решить поставленные Заказчиком задачи. Во время проектирования дизайна КНБК учитываются такие основные аспекты, как максимальная пространственная интенсивность скважины, ее отход от устья, протяженность горизонтального участка, возможная извилистость и кавернозность. На первой стадии производятся расчеты механических нагрузок на КНБК и бурильный инструмент – для понимания возможности образования искривления в колонне, что дает понимание о возможности наклонно-направленного бурения. На основании такого анализа делается вывод о целесообразности использования РУС в КНБК.

РАКИТИН Михаил Владиславович,

ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть»

Михаил Владиславович более 35 лет работает в каротаже. Выпускник Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Имеет опыт работы полевым инженером на российском и зарубежном оборудовании. Обрабатывал и интерпретировал данные ГИС, ПГИ и ГДИ на территориях Каспийской впадины, Западной Сибири и Тимано-Печорской газонефтяной провинции. В 2006 г. защитил кандидатскую диссертацию Усовершенствование интерпретации данных импульсного нейтронного каротажа с аппаратурой PDK-100 в условиях терригенного разреза Западной Сибири».
С 2010 г. и по настоящее работает ведущим геофизиком отдела мониторинга разработки нефтяных и газовых месторождений и повышения нефтеотдачи пластов. Участвует в планировании, мониторинге и оценке достоверности данных ГТИ, ГИС-кабель, ГИС-бурения (MWD&LWD) строящихся эксплуатационных и разведочных скважин. Кроме этого работает с материалами ПГИ горизонтальных скважин, оптоволоконных систем и трассерных исследований.

Отдельно ставятся задачи по геофизическим и петрофизическим измерениям во время бурения. В данный момент минимальный набор LWD-приборов включает в себя гамма-каротаж и каротаж УЭС, которые в большинстве случаях позволяют решать задачи геонавигации и получать минимальный набор геофизичесих данных.
Большинство компаний-операторов стараются заменить ГИС на кабеле оборудованием LWD, которое не уступает по качеству данных и в некоторых случаях показывает более реальную картину. Поэтому сейчас распространены такие методы, как акустический каротаж, гамма-гамма плотностной и нейтронный каротажи, боковой каротаж.

– Системы MWD/LWD требуют высокой квалификации пользователей. Где и как учатся, проходят тренинги буровики, способные с ювелирной точностью проводить стволы в определенную геологами точку или провести протяженный ствол по продуктивному пласту, особенно если он маломощный?
С.В. КОЛБИН. Обучение инженеров, ремонтирующих и эксплуатирующих телесистемы, на начальном этапе проводилось в учебных центрах производителей оборудования. Сейчас, в основном, обучение проводится на рабочих местах, в телеметрических партиях и лаборатории по ремонту телесистем силами ведущих специалистов инженерно-телеметрической службы. Квалификацию наших специалистов можно оценить как очень высокую.

М.В. РАКИТИН:

«На море, к сожалению, мы существенно отстаем. Наиболее слабо в области ГИС-бурения (MWD&LWD) мирового уровня закрыты секции, которые бурятся долотами 311 мм и более. Кроме ГК, ЭК и инклинометрии здесь практически ничего нет. Поэтому большинство работает с ГИС-кабелем. Здесь именно Россия может сделать прорыв, так как требуются нестандратные подходы».

И.А. ЛЯГОВ. Специалисты компании ООО «Перфобур» используют методики ВНИИБТ, УГНТУ, БашНИПИнефть, ТатНИПИнефть для получения аналитических зависимостей, устанавливающих закономерности геометрических параметров малогабаритных компоновок Технической Системы «Перфобур» с кривизной канала, на основании которой строятся профили каналов с различными радиусами кривизны для бурения сети разветвленных каналов в маломощных пластах.
М.В. РАКИТИН. Системы ГИС-бурения (MWD&LWD) для решения задач геонавигации требуют высокой квалификации пользователей. С аппаратурой ГИС-бурения (MWD&LWD) для получения всей необходимой информации работают специалисты компании Schlumberger. Контроль входной информации и геонавигация с изменением траектории в реальном времени осуществляется под руководством специалистов Заказчика. Насколько мне известно, специалистов-геонавигаторов у нас пока не готовят.

А.В. МИХАЙЛОВ. В нашей компании существует большое количество курсов для повышения квалификации, как с инструкторами в учебных центрах США и России, так и онлайн, которые можно пройти в свободное время из любой точки мира, имея только Интернет. Данные курсы являются обязательным требованием для развития персонала в компании. Еще один эффективный способ повысить квалификацию – обмен опытом на проектах других локаций компании. Это позволяет увидеть новые грани и особенности работы сервисных компаний на других континентах, с разным менталитетом и подходом к  работе. Такой опыт позволяет привнести что-то новаторское на российских проектах.
Халлибуртон уделяет большое внимание обучению и повышению квалификации своих сотрудников, так как понимает, что любая ошибка и непрофессионализм могут вылиться для Заказчика в непроизводительное время (НПВ), отказ оборудования ННБ или MWD/LWD, недостижение геологических целей Заказчика.

В связи с тем, что общий фонд скважин в России вступает в период падающей добычи, необходимость будет подталкивать к масштабной разработке баженовской свиты, территория которой распространяется в Западной Сибири на площади около 1 млн км 2 с огромными запасами – до 140 млрд тонн нефти. Поскольку баженовская свита отличается низкой проницаемостью коллекторов, то и разбуривать ее необходимо горизонтальными скважинами с последующим гидроразрывом пластов (опыт США, Канады и других стран).

С.В. КОЛБИН:

«Целесообразность бурения горизонтальных боковых стволов определяется как ожидаемым приростом дебитов скважин, возможностью увеличения КИН пласта и месторождения, так и окупаемостью вложений. На месторождениях Восточной Сибири, в условиях низких пластовых давлений, при бурении на депрессии с использованием в качестве промывочной жидкости аэрированной азотом нефти, мы проводим из каждой скважины по два горизонтальных участка длиной по 500 метров, что позволило значительно увеличить дебиты».

– Готовы ли мы, на ваш взгляд, технически и технологически к освоению этих природных богатств, особенно в условиях санкций?
В.В. КУЛЬЧИЦКИЙ. Керогенносодержащая порода баженовской свиты является неколлектором, ее основу слагают силициты, перемеживающиеся с пропластками глин. Напряженное состояние массива пород подтверждается выпучиванием и растрескиванием кернового материала. Следовательно, техногенным воздействием возможно освобождать энергию горной породы и запускать механизм трещинообразования в околоскважинном пространстве направленной разгрузкой пласта (НРП) в сочетании с ГРП в горизонтальных скважинах с большой площадью охвата искусственно созданной в породе разветвленной си­стемой трещин, которая и будет выполнять функции коллектора в БС. Структура предмета воздействия как единичного микропространства – сложная и методы воздействия на него должны быть многообразными, в т. ч. и с геонавигационными технологиями, обеспечивающими охват залежи боковыми стволами сообразно законам ее формирования. При многообразии вторичных методов воздействия (термические, химические, физические) главным является максимальное приближение и позиционирование траектории ствола скважины с учетом структурно-текстурных характеристик отложений БС.
Эффективное извлечение нефти в промышленном масштабе из нефтематеринских горных пород БС, обладающх большими геологическими запасами, представляется невозможным без применения геонавигационных технологий строительства скважин сложной пространственной архитектуры в сочетании с термическими методами.
Идея разработки технологий, ускоряющих процессы выделения ОВ в нефть, заключается в создании соответствующих термодинамических условий посредством скважинного сооружения сложной пространственной архитектуры – подземного реактора.
Авторским коллективом (Кульчицкий В.В., Щебетов А.В., Гутман И.C., Фомкин А.В., Боксерман А.А., Саакян М.И.) создан способ разработки многопластовой неоднородной залежи баженовской свиты с целью повышения нефтеотдачи залежи за счет ввода в разработку пропластков-неколлекторов нефтематеринской толщи БС [Способ разработки многопластового неоднородного нефтяного месторождения. Патент на изобретение RU № 2567918 от 02.12.2014]. На примере запатентованной скважины-геореактора показано, что эффективное извлечение нефти в промышленных масштабах из нефтематеринских отложений БС организацией на большой площади охвата процесса пиролиза без геонавигационных технологий строительства скважин сложной пространственной архитектуры представляется невозможным. Геореактор – природно-техногенное сооружение для термического освобождения нефти из автохтонных углеводородов, генетически связанных с исходным органическим веществом и находящихся в запечатанных порах нефтематеринских горных пород, образованных при переходе части твердой органики в жидкую.

МИХАЙЛОВ Александр Владимирович,

компания Халлибуртон

Александр Михайлов является руководителем службы технических решений (Solution Engineering) подразделения по наклонно-направленному бурению Sperry Drilling компании Халлибуртон в России с 2015 г. В данную службу входят такие направления, как оптимизация ННБ, геонавигация, интерпретация данных LWD, сервис корректировки замеров.
Александр – выпускник Российского Геологоразведочного университета им. С. Орджоникидзе по специальности «Геофизические исследования скважин». Свою профессиональную карьеру в нефтегазовом сервисе начал как инженер-телеметрист в 2008 г., потом работал как инженер ННБ и ведущий специалист технической поддержки ННБ.

С.В. КОЛБИН. Баженовские отложения – перспективная ресурсная база ОАО «Сургутнефтегаз». Опыт проводки боковых стволов в бажене у нас есть. Другое дело, как и где бурить эти стволы, какой способ вызова притока применять. Тут необходима совместная работа с геологами, практическая апробация теоретических представлений.
И.А. ЛЯГОВ. В настоящее время в России существуют технологии для строительства многоствольных скважин, способные конкурировать с компаниями «Большой четверки».
А.В. МИХАЙЛОВ. Баженовская свита до сих пор полностью не исследована. Не существует определенных подходов и технологий для ее разработки. Это подтверждают большинство компаний-оперататоров. На данный момент запасы баженовской свиты нерентабельны в условиях существующих как российских, так и иностранных технологий. Нельзя провести полную аналогию между нетрадиционными запасами России и США либо Канады, поэтому не все технологии североамериканских компаний подходят под наши условия.

– Насколько импортозамещение обеспечивает потребности российского рынка в геонавигационном оборудовании, станциях каротажа, роторно-управляемых системах, системах верхнего привода и т.д.?
В.В. КУЛЬЧИЦКИЙ. Создание геонавигационных технологий, которые обеспечат Россию углеводородным сырьем на сотни лет, всегда экономически оправдано.
Проблема на пути развития геонавтики, как научно-промышленной основы геонавигации, связана с высокими технологиями, создаваемыми на основе фундаментальных исследований и открытий. Прерванная вековая связь академической науки с отраслевой нанесла непоправимый ущерб отраслевым институтам, которые всегда были мостом, соединяющим промышленность, академическую и вузовскую науку. В России полностью погибли десятки отраслевых нефтегазовых НИИ, а численность оставшихся сократилась многократно, раздробившись на тысячи малых предприятий. Утрачены экспериментальные заводы и установки, деградировали научно-лабораторные базы и КБ. Академические институты в попытке решения финансовых проблем растратили четверть века на бесперспективную интеграцию с нефтегазокорпорациями, минуя отраслевые институты. «Мосты» между академической наукой и промышленностью – государственные отраслевые институты – сожжены. Системная связь институтов РАН с нефтегазодобывающей отраслью заменена околонаучной деятельностью частных центров и НИИ неф­тегазовых корпораций, где административная власть управляет научными подразделениями. Без восстановления системы отраслевых институтов как проводников академической науки в нефтегазовую практику невозможно реализовать призыв В.В. Путина на Совете при Президенте РФ по науке и образованию 21.01.2016 г.: «…Наличие собственных передовых технологий – это ключевой фактор суверенитета и безопасности государства, конкурентоспособности отечественных компаний, важное условие роста экономики и повышения качества жизни наших граждан…» (цитата по еженедельной газете научного сообщества МГТУ им. Н.Э. Баумана «Поиск», № 18 – 19 от 13.05.2016).

И.А. ЛЯГОВ:

«Экономическая эффективность строительства скважины зависит от качества гидродинамической связи продуктивного пласта с пробуренной скважиной. Если рассматривать бурение на новом месторождении, то горизонтальный канал (конечно, оптимальной длины) позволяет построить скважину с более эффективной площадью фильтрации, а следовательно, и добыть больше нефти с меньшими эксплуатационными затратами, но с большими затратами на бурение, связанными с необходимостью использования дорогостоящего современного (инновационного) оборудования».

С.В. КОЛБИН. В основном, мы используем отечественные клинья-отклонители, фрезеры, долота, винтовые забойные двигатели, верхние силовые приводы, оборудование для заканчивания скважин.
И.А. ЛЯГОВ. В последние годы, в связи с потребно­стью импортозамещения, ряд ведущих российских компаний занимаются разработкой роторно-управляемых систем, современных инклинометрических телесистем радиального бурения. Одной из таких компаний является АО «СКБ «ПН», специалисты которой успешно справляются с потребностями рынка в качественном оборудовании.
М.В. РАКИТИН. На море, к сожалению, мы существенно отстаем. Наиболее слабо в области ГИС-бурения (MWD&LWD) мирового уровня закрыты секции, которые бурятся долотами 311 мм и более. Кроме ГК, ЭК и инклинометрии здесь практически ничего нет. Поэтому большинство работает с ГИС-кабелем. Здесь именно Россия может сделать прорыв, так как требуются нестандратные подходы. Более подробно по этому вопросу можно прочитать в статье С.Ю. Штуня, М.В. Ракитина – «Можно ли обогнать зарубежные компании в области ГИС-бурения (MWD&LWD)?» в вашем специализированном журнале «Бурение и нефть» в № 10 (октябрь) 2016 г.
А.В. МИХАЙЛОВ. Насколько мне известно, несколько российских компаний и бюро уже продолжительное время ведут разработки высокотехнологичного оборудования ННБ и MWD/LWD в рамках программы импортозамещения. Однако уровень такого оборудования пока уступает иностранным аналогам как в плане надежности, так и в плане функционала. Поэтому на данный момент однозначно можно сказать, что отечественное оборудование не может охватить все потребности нефтегазовых компаний.
– Горизонтальные скважины, как правило, более подвержены обвалам и осыпям породы, поэтому требуют тщательного подбора рецептуры буровых растворов. Какие буровые растворы используете вы?
С.В. КОЛБИН. Для предупреждения осложнений при бурении боковых стволов мы применяем высокоингибированный хлоркалиевый биополимерный раствор, подбираем рецептуры в зависимости от состояния пласта, непосредственно в бригадах КРС круглосуточно контролируем до 15 параметров БПР.
И.А. ЛЯГОВ. Реологические свойства и технологические параметры промывочной жидкости, безусловно, имеют важное значение в процессе разрушения горной породы, работы ВЗД, фрез и долот. Для обеспечения достаточной выносящей способности технология разветвленно-направленного (радиального) бурения «Перфобур» использует специальные растворы, например, безглинистый биополимерный ингибированный буровой раствор рецептуры ООО «Перфобур».
М.В. РАКИТИН. Для бурения длинных горизонтальных стволов используются растворы на нефтяной основе.
А.В. МИХАЙЛОВ. Очевидно, что для снижения вероятности возникновения вышеупомянутых проблем необходим более глубокий и широкий анализ на стадии планирования скважин. А для того чтобы достичь наилучших результатов, необходим мультидисциплинарный подход к решению сложных технических задач. Геомеханическое моделирование является неотъемлемой частью такого подхода. Сейчас именно благодаря геомеханическому моделированию можно подобрать оптимальную плотность и рецептуру бурового раствора. Также с помощью специалистов Центра технических решений ННБ, совместно с инженерами растворного сервиса, подготавливаются все необходимые гидравлические расчеты с учетом КНБК и бурильного инструмента – для понимания ожидаемой эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП), эффекта свабирования и поршневания, рассматриваются все риски как во время бурения, так и во время спуско-подъемных операций. Имея возможность получать данные по внутреннему и затрубному давлению во время бурения в реальном времени с датчиков LWD, можно корректировать параметры раствора своевременно, избегая катастрофических последствий.

– Всегда ли экономически оправдано бурение горизонтальных скважин? Насколько они дороже вертикальных и есть ли ощутимая разница между дебитами горизонтальных и вертикальных скважин при высокой проницаемости пласта?
С.В. КОЛБИН. Целесообразность бурения горизонтальных боковых стволов определяется как ожидаемым приростом дебитов скважин, возможностью увеличения КИН пласта и месторождения, так и окупаемостью вложений. На месторождениях Восточной Сибири, в условиях низких пластовых давлений, при бурении на депрессии с использованием в качестве промывочной жидкости аэрированной азотом нефти, мы проводим из каждой скважины по два горизонтальных участка длиной по 500 метров, что позволило значительно увеличить дебиты. Более того, при бурении зачастую получаем притоки нефти.
И.А. ЛЯГОВ. Экономическая эффективность строительства скважины зависит от качества гидродинамической связи продуктивного пласта с пробуренной скважиной. Если рассматривать бурение на новом ме­сторождении, то горизонтальный канал (конечно, оптимальной длины) позволяет построить скважину с более эффективной площадью фильтрации, а следовательно, и добыть больше нефти с меньшими эксплуатационными затратами, но с большими затратами на бурение, связанными с необходимостью использования дорогостоящего современного (инновационного) оборудования.
А если рассматривать скважины, находящиеся на поздней стадии эксплуатации, то, на наш взгляд, наиболее оптимальным является строительство сети разветвленных каналов малого диаметра и радиуса кривизны, позволяющее эффективно вскрывать пласты малой мощности и преодолевать загрязненные призабойные зоны пласта (ПЗП), образовавшиеся при его первичном вскрытии.
М.В. РАКИТИН. На море для эксплуатации бурятся практически только горизонтальные скважины. Уже в конце прошлого века стали использовать подводное устьевое оборудование горизонтальных скважин.
ГИС-бурение (MWD&LWD) все шире начинает использоваться и в разведочных скважинах на море.
А.В. МИХАЙЛОВ. Данный вопрос не первый год интересует все нефтегазовые компании. Существует много научных работ, доказывающих, что горизонтальные скважины окупаются быстрее вертикальных и наклонно-направленных, при том что стоимость горизонтальной скважины на 15 – 20 % дороже. Горизонтальные скважины предоставляют гораздо большие возможно­сти воздействия различными методами на пласты, чем вертикальные или наклонно-направленные.
Сегодня бурение на нефть и газ происходит в недосягаемых зонах, где порой невозможна отсыпка куста непосредственно над объектом разработки либо требует больших финансовых затрат – для строительства дополнительных дорог, обеспечения транспортного сообщения. В подобных условиях бурением вертикальных скважин просто невозможно попасть в геологические цели. И тогда горизонтальное бурение – единственно возможный способ добраться до продуктивных пластов.

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

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)

Скважиной называется горная выработка, имеющая цилиндрическую форму. Длина скважины существенно превышает ее ширину. Самая верхняя ее часть именуется устьем, а самая нижняя - забоем. Стены скважины являются стволом всей этой конструкции. В настоящее время существует несколько методов бурения скважин. Однако, наиболее распространенными из них является метод горизонтального бурения, с помощью которого формируются горизонтальные скважины. Именно они являются очень популярным инструментом как для добычи полезных ископаемых (нефть, газ), так и во время строительства зданий и объектов для прокладки труб.

Бурение горизонтальных скважин является популярным в связи несколькими факторами, а именно:

1. Отсутствием разрушающего воздействия на верхний слой почвы, что является положительным моментом для экологии и окружающей среды, так как вред от такого бурения сводится к минимуму.
2. Возможностью прокладки таких скважин даже на большой глубине под водоемами и сыпучим грунтом.
3. Возможностью с помощью горизонтального бурения проложить шурфы под линиями ЛЭП и нефтепроводами.
4. Формирование скважин данного вида допускается в густонаселенных районах, чего нельзя сказать об остальных видах.
5. Возможностью прокладывать коммуникации с помощью горизонтального бурения под путепроводами, мостами и другими сооружениями, имеющими высокую важность.

Чтобы скважина правильно выполняла свои функции, к ней предъявляются следующие требования:

• прочность конструкции, которая должна предотвратить обрушение стен скважины;
• скважина должна обеспечить доступность забоя;
• скважина должна обеспечить полную герметизацию устья.

Горизонтальная скважина имеет ряд отличительных особенностей, которые, в первую очередь, заключаются в ее угле отклонения, который в обычной ситуации является прямым, т.е. равен 900. Однако, теория всегда отличается от практики, в связи с чем во время практического бурения горизонтально-направленных скважин ситуацию обстоит несколько иначе. Это связано с тем, что в природе отсутствуют четко прямые линии и углы, поэтому, возникает необходимость выбирать для формирования ствола скважины ту траекторию, которая максимально приближена к оптимальной.

В связи с этим, стоит сказать, что горизонтальной скважиной называется такая скважина, для которой характерна наиболее протяженная зона. В первую очередь, данный вид скважин активно используется во время нефтяной и газовой добычи. Именно она позволяет получать дебиты (т.е. объемы нефти, которая поступает в определенную единицу времени из искусственного источника), которые существенно больше тех дебитов, которые можно получить, имея вертикальную конструкцию. Длина ствола имеет прямое влияние на дебит.

Однако, не смотря на это, бурение такой скважины имеет весомый, хоть и незначительный, минус в виде дороговизны. Незначительным минус можно назвать, потому что, затратив определенные средства для формирования горизонтальной скважины, получаешь результат, в разы превышающий тот, который дает работа с другими видами скважин. Кроме того, что горизонтальная скважина используется как добывающая, ее еще называют нагнетательной. Горизонтальные скважины отличаются особой эффективностью на месторождениях, содержащих трещины с вертикальным уклоном, а также в коллекторах с трещинами, в коллекторах с газовой шапкой или водой, в коллекторах с крайне низкой и очень высокой проницаемостью. В последнем случае с помощью горизонтальной скважины значительно замедляется движение газа.

По своей конструкции горизонтальные скважины классифицируются следующим образом:

• разведочные. Название говорит само за себя - скважины применяются для уточнения местонахождения или объема залежей нефти и газа;
• поисковые. Используются с целью обнаружения газовых и нефтяных месторождений;
• добывающие. С их помощью происходит, непосредственно, добыча полезных ископаемых;
• нагнетательные. Такие скважины воздействуют на пласты, что позволяет нагнетать воду, газ и многие другие элементы.
• контрольные.

У последней разновидности горизонтальных скважин несколько предназначений, а именно:

• является инструментом, позволяющим измерить силу давления, образующегося в газовой шапке и нефтяной зоне;
• позволяют проконтролировать, какие изменения произошли в положении залежей;
• являются резервными, т.е. задействуют в работу застойные зоны;
• имеют специальное предназначение, например, с их помощью также происходит добыча технической воды;
• используются в качестве оценочных скважин, с помощью которых уточняются параметры, а также продуктивные границы залежей;
• используются в качестве скважин, применяемых для подмены скважин, находящихся в аварийном состоянии.

В момент осуществления бурения горизонтальной скважины, существующее количество несовместимых с условиями проводки ствола зон предопределяет то число колонн и «башмаков», которые будут формировать скважину. Условия являются несовместимыми по причине неустойчивых и низко прочных пород.

До момента приоткрытия продуктивных и производительных горизонтов с целью исключения возможности разрыва пород сначала спускается одна колонна, и только потом все остальные. Разница диаметров скважин и колонн определяется, опираясь на наиболее верные значения, которые определены практикой бурения, обеспечивающего беспрепятственный спуск колонны в скважину и ее надежное цементирование. Трубы выбираются, исходя из расчетов давлений внутри и снаружи скважины.

2.

4.

2) Стоимость.

Область дренирования ГС

1) Квадратная область.

2) Круговая область.

3) Прямоугольная область.

4) Эллиптическая область.

5) Полосообразная область.

Перечислить методики расчета дебита нефти, газа к горизонтальным скважинам

7. Условия перечисленных методик (режим фильтрации, форма пласта, свойства флюида)

Для определения дебита нефти в одиночной горизонтальной скважине в однородно анизотропном пласте используется формула S.D. Joshi.

Борисов Ю.Л. при описании эллиптического потока предложил другое условие для определения Rk. В качестве данной величины здесь используется основной радиус эллипса, представляющий собой среднюю величину между полуосями.

Giger предлагает использовать формулу, где за фильтрационное сопротивление J принимать выражение

Коэффициент продуктивности горизонтальной скважины

Продуктивность - это коэффициент, характеризующий возможности скважины по добыче нефти.

По определению коэффициент продуктивности - это отношение дебита скважины к депрессии

Влияние анизотропии на продуктивность горизонтальных скважин

Горизонтальные скважины рентабельны в анизотропных пластах и с увеличением анизотропии пласта увеличивается рентабельность ГС.

Влияние скин-фактора на продуктивность горизонтальных скважин

ПЗП загрязнен, - ПЗП чище пласта, 0 ПЗП = пласт

12. При малых депре ссиях, образуется устойчивый конус газа, скважина может работать в течение длительного периода времени без прорыва (гравитационный режим). С увеличением депрессии конус газа снижается и при некоторой максимальной величине, называемой критической депрессией, достигает уровня ствола скважины, происходит прорыв. Естественным образом возникает задача выбора оптимального значения рабочей депрессии, которое обеспечит приемлемый уровень дебита и не приведет к слишком раннему прорыву газа/воды. Помимо этого важной становится задача выбора оптимального положения скважины относительно газонефтяного (ГНК) и водонефтяного (ВНК) контактов. В данной работе описывается метод определения оптимальных параметров горизонтальных скважин: рабочей депрессии и положения скважины относительно поверхностей водонефтяного (ВНК) и газонефтяного (ГНК) контакта на основе полуаналитических решений и корреляций полученных путем секторного гидродинамического моделирования на типовых моделях пласта.

Параметры, определяющие допустимую депрессию на пласт в горизонтальных скважинах. В горизонтальной скважине степень вскрытия пласта не является фактором, влияющим на депрессию. Для горизонтальной скважины её совершенство по степени вскрытия определяется не толщиной пласта , а длиной полосы и горизонтальной части ствола. Поэтому допустимая депрессия на пласт , при которой достигается максимальное значение дебита, определяется не степенью вскрытия, а положением ствола относительно кровли и подошвы пласта.

Перемещение ствола относительно кровли и подошвы незначительно снижает дебит горизонтальной скважины по сравнению сдебитом получаемом при симметричном по толщине расположением ствола (приблизительно на 3%). Поэтому при наличии подошвенной воды вполне естественно, что горизонтальная часть ствола должна быть приближена к кровле. Это позволяет получить некоторое преимущество в надежности безводной эксплуатации горизонтальной скважины , если депрессия на пласт заранее установлена. При этом, увеличение длины ствола линейно увеличивает безводный дебит при заданной допустимой величине депрессии на пласт . Т.о. главная задача обоснования технологического режима эксплуатации горизонтальной скважины заключается в установлении величин допустимой депрессии на основе геолого-промысловой характеристики продуктивного пласта.

Места определения максимально допустимой депрессии в ГС. Если скважина не оборудована фонтанными трубами, то максимально допустимая депрессия должна определяться для сечения, где скважина переходит от горизонтального положения к вертикальному, т.к. на этом месте происходят максимальные потери давления по длине фильтра. Если скважина оборудована фонтанными трубами, то допустимая депрессия определяется у башмака фонтанных труб.

13. Оборудование заканчивания горизонтальных скважин (перечислить);

1) Открытый ствол.

2) Фильтр с щелевидными отверстиями (гравийный фильтр).

3) Хвостовик с пакерами для частичной изоляции.

4) Зацементированная и проперфорированная обсадная колонна.

31.Оборудование, используемое при проведении ПГИ в ГС (перечислить, средства доставки, спускаемые приборы)

Используемый комплекс ПГИ в ГС:

Термометрия; СТД; барометрия; влагометрия; резистивиметрия.

Способы доставки:

Жесткий кабель; ГНКТ (coiled tubing); Well tractor; Автономные технологические

комплексы.

Аппаратура:

1.Стандартная аппаратура для вертикально-наклонных скважин (приборы типа КСАТ).

2. Прибор промыслового каротажа Flagship (Schlumberger)

3. RST (Reservoir Saturation Tool) – основан на импульсно-нейтронном каротаже.

4. Прибор SONDEX:

5. Многозондовый емкостной прибор (CAT)

6. АГАТ-КГ-42

50

Классификация залежей по фазовому состоянию (МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РАСПОРЯЖЕНИЕ от 5 апреля 2007 г. N 23-р)

По начальному фазовому состоянию и составу основных углеводородных соединений в недрах залежи подразделяются на однофазные и двухфазные.

К однофазным залежам относятся:

а) нефтяные залежи, приуроченные к пластам-коллекторам, содержащим нефть, насыщенную в различной степени газом;

б) газовые или газоконденсатные залежи, приуроченные к пластам-коллекторам, содержащим газ или газ с углеводородным конденсатом.

К двухфазным залежам относятся залежи, приуроченные к пластам-коллекторам, содержащим нефть с растворенным газом и свободный газ над нефтью (нефтяная залежь с газовой шапкой или газовая залежь с нефтяной оторочкой). В отдельных случаях свободный газ таких залежей может содержать углеводородный конденсат. По отношению объема нефтенасыщенной части залежи к объему всей залежи V’н=Vн/(Vн+Vг) двухфазные залежи подразделяются на:

а) нефтяные с газовой или газоконденсатной шапкой (V`н >> 0,75);

б) газо- или газоконденсатнонефтяные (0,50 < V’н < 0,75);

в) нефтегазовые или нефтегазоконденсатные (0,25 < V’н < 0,50);

г) газовые или газоконденсатные с нефтяной оторочкой (V’н < 0,25).

53. Причины конусообразования воды, газа при разработке нефтегазовых залежей, залежей с подошвенной водой

Качественная сторона процесса конусообразования, т.е. форма поверхности раздела вода-нефть или нефть-газ не зависит от того, является ли подошвенная вода движущим фактором или она малоактивна. Но при этом качественном подобии физические причины, вызывающие образование конуса, различны.

1). Водонапорный режим характеризуется тем, что при стабилизации пластового давления весь отбор пластовой жидкости замещается поступлением воды в продуктивную часть коллектора. Происходящее при этом продвижение водонефтяного контакта (ВНК) приводит к тому, что скважины, находящиеся в водонефтяной зоне, обводняются, и добыча нефти сопровождается непрерывным ростом содержания воды. Обводнение скважин приводит к росту себестоимости нефти и ухудшению показателей разработки. Так как конус характеризует локальное продвижение поверхности вода-нефть или газ-нефть, то, рассматривая режим работы отдельной скважины, необходимо проводить различие между продвижением краевых вод и напором подошвенной воды. В первом случае продвижение воды происходит вдоль напластования, что характерно для относительно тонких продуктивных пластов, залегающих с заметным углом падения. Второй случай характерен для пластов, залегающих с малым углом наклона.

2)Причина образования конусообразной формы поверхности раздела вода-нефть (нефть-газ или газ-вода) заключается в том, что величина вертикальной составляющей скорости продвижения ВНК принимает максимальное значение вдоль оси скважины. Качественно подобная форма поверхности раздела образуется и в случае, когда подошвенная вода не принимает участие в вытеснении или она малоактивна. При этом поток нефти (газа) к несовершенной скважине на расстоянии, большем одного-двух значений продуктивной толщины от ее оси (внешняя зона), можно считать плоскорадиальным, где линии тока располагаются параллельно кровле и подошве пласта.

Конус подошвенной воды или газа в данном случае может находиться в статическом равновесии и не оказывать существенного влияния на приток нефти к скважине.

3)Экономически невыгодна эксплуатация скважин с максимально возможным (потенциальным) дебитом, т.к. вода или верхний газ мгновенно прорываются в скважину и начинается совместный приток нефти и воды или нефти и газа.

Горизонтальная скважина (определение)

Горизонтальная скважина – это скважина интервал вскрытия, которой в два и более раза превышает мощность пласта.

2. Основные объекты применения горизонтальных скважин

1) Маломощные пласты (5 – 10 метров) с низкой и неравномерной проницаемостью.

2) Объекты с подошвенной водой и верхним газом с целью ограничения конусообразования.

3) Коллектора с вертикальной трещинноватостью.

4) Шельфовых и труднодоступных продуктивных зон.

3. Преимущество горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными и наклонно-направленными;

1)Равномерное стягивание контура нефтеносности и увеличение коэффицента заводнения и конечной нефтеотдачи

2) высокий охват пласта вытеснением за счёт соединённых друг с другом линз, участков повышенной и пониженной проницаемости, каверны и трещины

3)высокое значение предельного безводного и безгазового дебита при разработке залежей с активной подошвенной водой и газовой шапкой

4)снижение градиента скорости в призабойной зоне пласта и, как следствие, уменьшение вероятности возможных осложнений при эксплуатации скважины.

5)высокая производительность при фиксированном забойном давлении, равном критическому давлению смятия обсадной колонны, в случае разработки объектов с АВПД

4. Недостатки горизонтальных скважин

1) Только одна продуктивная зона может дренироваться в горизонтальной скважине.

2) Стоимость.

3) Трудности связанные с освоением, исследованиями, ремонтными работами.

Область дренирования ГС

1) Квадратная область.

2) Круговая область.

3) Прямоугольная область.

4) Эллиптическая область.

5) Полосообразная область.