Цели и способы бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин

За последние 20 лет доля крупных месторождений, среди вновь открываемых, снизилась с 1 5 до 1 0 %. При этом ухудшаются коллекторские свойства продуктивных отложений и качественный состав насыщающих их флюидов. Высокая выработанность запасов углеводородов обусловливает обводненность продукции и снижение дебитов скважин. Из-за несовершенства техники и технологии разработки нефтеотдача нефтегазовых пластов не превышает 30—40 %. Более полное извлечение углеводородов из пластов является важной народнохозяйственной задачей.

Вскрытие продуктивной толщи направленными, в том числе горизонтальными и разветвленно-горизонтальными скважинами, позволяет следующее:

повысить продуктивность скважины за счет увеличения площади фильтрации;

продлить период безводной эксплуатации скважин;

увеличить степень извлечения углеводородов на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки;

повысить эффективность закачки агентов в пласты;

вовлечь в разработку пласты с низкими коллекторскими свойствами и с высоковязкой нефтью;

освоить труднодоступные нефтегазовые месторождения, в том числе морские;

улучшить технологию подземных хранилищ газа.

Направленной будем называть такую скважину, которую пробурили вдоль запроектированной пространственной трассы и попали в заданную цель, а ее забой и фильтровая зона не только располагаются в заданной области горных

пород, но и ориентированы в соответствии с проектом относительно простирания пласта.

Кроме совершенствования технологии разработки нефтяных и газовых месторождений направленные скважины эффективны во многих других случаях:

при бурении в обход осложненных зон горных пород;

при бурении под недоступные или занятые различными объектами участки земной поверхности;

при глушении открытых фонтанов;

при вскрытии крутопадающих пластов и т.д.

Частными случаями направленной скважины являются вертикальная и горизонтальная.

Горизонтальная скважина — это такая скважина, которая имеет достаточно протяженную фильтровую зону, соизмеримую по длине с вертикальной частью ствола, пробуренную преимущественно вдоль напластования между кровлей и подошвой нефтяной или газовой залежи в определенном азимутальном направлении. Основное преимущество горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными состоит в увеличении дебита в 2 — 10 раз за счет расширения области дренирования и увеличения фильтрационной поверхности (табл. 10.1).

Таблица 1

Эксплуатационные характеристики некоторых горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными

Первоочередными объектами использования направленных скважин являются:

-морские месторождения углеводородов;

-месторождения на территории с ограниченной возможностью ведения буровых работ;

-залежи высоковязких нефтей при естественном режиме фильтрации;

-низкопроницаемые, неоднородные пласты-коллекторы малой мощности;

-карбонатные коллекторы с вертикальной трещиноватос-тью;

-переслаивающиеся залежи нефти и газа; залежи на поздней стадии разработки.

Основной недостаток направленных скважин — их сравнительно высокая стоимость. В начале 80-х годов стоимость горизонтальной скважины превышала стоимость вертикальной скважины в 6—8 раз. В конце 80-х годов это соотношение понизилось до 2 — 3. По мере накопления опыта бурения в конкретном районе стоимость направленных скважин уменьшается и может приблизиться к стоимости вертикальных скважин. С позиций добычи нефти и газа экономически целесообразно, если извлекаемые запасы из направленной скважины во столько раз больше, во сколько раз дороже направленная скважина по сравнению с вертикальной. Причем это количество нефти должно быть добыто в более короткие сроки.

Направленное бурение скважин имеет свою историю. В 1930 г. на Хантингтонском пляже в Калифорнии буровой подрядчик предложил разбуривать нефтяное месторождение в океане буровой установкой, смонтированной на длинном, выступающем в океан пирсе. В то время это была обычная практика. Однако по той или иной причине местные официальные лица запретили такой метод разбуривания. Тогда неугомонный буровой подрядчик смонтировал буровую установку на берегу в отдалении от пляжа и пробурил наклонную скважину под морское дно.

Этот бурильщик не изобрел наклонное бурение. Скважины отклоняли с 1895 г. для таких целей, как забуривание ствола в сторону в обход оборванного бурового инструмента. Больше того, вертикальные скважины оказывались самопроизвольно искривленными. В Оклахоме в 1 920-е годы отмечали большую разницу в глубинах скважин, пробуренных на один и тот же пласт-коллектор. Исследования инклинометром показали, что лишь некоторые из пробуренных   скважин вертикальные; в большинстве же случаев проекция забоя оказывалась достаточно удаленной от точки заложения скважины (от устья). Однако скважина на Хантингтонском пляже была первым зарегистрированным применением управляемого направленного бурения: в результате отклонения вдоль запланированного курса к подземной цели забой ствола оказался расположенным на заданном расстоянии по горизонтали от устья скважины.

К сожалению, этот опыт управляемого направленного бурения был немедленно оценен как возможность совершать запрещенные действия. Действительно, несмотря на все более широкое и законное использование хантингтонского опыта и в других местах, термин направленное бурение означал, что кто-то кого-то обманул. В Восточном Техасе досаждали нефтяные дельцы, бурившие направленные скважины под запретные зоны. Однако Восточный Техас был также регионом, где впервые использовали управляемое направленное бурение для других важных целей. Так, в 1934 г. для глушения открытого выброса из скважины вблизи каньона Дикого потока была пробурена разгрузочная направленная скважина, забой которой подвели близко к забою фонтанирующей скважины. Посредством нагнетания бурового раствора в направленную скважину под высоким давлением были созданы каналы между нею и фонтанирующей скважиной, по которым фонтанирующую скважину заполнили буровым раствором и заглушили фонтан.

В течение десятилетий управляемое направленное бурение доказало свою полезность во многих аспектах использования. Оно позволило эффективно эксплуатировать месторождения нефти и газа, а крупномасштабное морское бурение сделать экономически выгодным.

Направленное бурение становится специальностью. За рубежом, как правило, менеджер нефтяной компании нанимает сервисную компанию по направленному бурению, чтобы она составила проект направленной скважины, определила необходимые управляющие инструменты и оказывала помощь на месте.

Как только владелец скважины одобряет проект, представитель сервисной компании становится членом буровой бригады. Непосредственно на месте сооружения скважины его основная работа — помогать бурильщику держать действительный ствол скважины как можно ближе к ее запланированному курсу. Эта работа заключается в следующем.

1. Руководство конкретными действиями по управлению проводкой скважины по одиночным измерениям искривления и направления ствола на выбранных глубинах.

2. Расчеты и вычерчивание курса скважины на основании данных измерений.

3. Помощь бурильщику в выборе инструмента для отклонения, чтобы управлять курсом скважины.

4. Помощь бурильщику ориентировать отклоняющие инструменты, чтобы внести необходимые изменения в курс скважины.

5. Определение забойной компоновки, необходимой для обеспечения нужного направления скважины.

6. Участие в рассмотрении специальных проблем бурения направленных скважин.