Проектирование и оптимизация траекторий скважин месторождения

Designing and optimizing well trajectories field

T. NESTEROVA, I. POZDEEV, «Petrovaizer» LLC

Описан комплексный подход к проектированию траекторий скважин и созданию схемы кустования месторождения, сочетающий в себе традиционные методы проектирования на основе заданной сетки разработки и оптимизацию на основе возможных траекторий от каждой геологической цели. Приводятся иллюстрированные примеры оптимизации с помощью программного обеспечения компании «Петровайзер»

The company «Petrovaizer» LLC are presents the benefits of using your own software product «Designing well trajectories».

Разбуривание месторождений кустами скважин обеспечивает рост эффективности и ускорение окупаемости капитальных вложений за счет снижения удельных затрат на обустройство месторождений. С другой стороны, неизбежный при этом рост углов наклона скважин затрудняет техническую реализацию проектов разбуривания и увеличивает количество рисков, вызванных вероятностью пересечения стволов. Учитывая тот факт, что в стоимости капитальных вложений в проект разработки больше половины занимают затраты на бурение скважин, основным при анализе возможных вариантов разработки становится вопрос создания оптимальной схемы разбуривания (кустование скважин). Рассчитав большое количество вариантов кустования, можно определить наилучший проект, характеризующийся минимальным количеством кустовых площадок и минимальным количеством рискованных скважин, либо вообще их отсутствием.
Инструментарий для проектирования траекторий скважин существует почти столько же, сколько существует направленное бурение. Программы проектирования траекторий прошли эволюцию от чисто табличного задания параметров единичной траектории наклонно-направленной скважины до автоматизированных многофункциональных программных комплексов, имеющих развитые возможности расчетов и анализа траекторий, в том числе пространственных, горизонтальных и многоствольных скважин, хранения их в базах данных и возможности совместных графических построений, включая трехмерную графику.
На этапе создания вариантов разработки месторождения и первоначальной схемы разбуривания точность проектной траектории и учет всех влияющих на нее факторов не являются существенными. Принципиально важна возможность быстрого пересчета всех возможных вариантов проектирования многочисленных траекторий для анализа результата по совокупности скважин, кустов и месторождения в целом.
На следующей стадии уточнения и выработки оптимального проектного решения главными становятся возможности детального проектирования траектории каждой скважины с учетом геологического разреза и технико-технологических ограничений.
В стадии разбуривания месторождения ключевыми становятся задачи актуализации фактически профилей – анализ их на предмет соответствия проекту и оценка риска сближений с другими стволами скважин, а также оперативная корректировка текущих проектных траекторий.
В отечественных публикациях задача оптимизации траектории скважины часто рассматривается с точки зрения оптимизации нагрузок, возникающих при бурении и спуско-подъемных операциях (СПО) [1]. Оптимизация траектории по нагрузкам и результирующим напряжениям, действующим на инструмент, приводит к увеличению длины траектории и длины криволинейных участков и, соответственно, увеличению затрат на строительство скважины. О нагрузках на практике вопрос ставится так: можно или нет имеющимся оборудованием и материалами пробурить и подготовить к эксплуатации скважину? Причем, ответ «да» может быть получен для существенно различающихся траекторий, в том числе различающихся по затратам на строительство. При кустовом бурении весьма существенным являются порядок, в котором устья скважин размещаются на площадке, и глубины начального отхода от вертикали их траекторий. Причина сложностей в том, что геологические цели для скважин будут располагаться преимущественно вокруг кустовой площадки, и при неудачно выбранном порядке устьев скважин возможен риск пересечения. Дополнительные сложности могут возникать из-за предпочтений по очередности бурения, в том числе из-за необходимости бурения пилотного ствола.
Оптимизация куста скважин необходима с позиций минимизации рисков и уменьшения длин их траекторий. На рис. 1 показаны схема куста и очередность бурения скважин с различием в позиции устья скважины 178. В первом варианте устье в конце площадки и длина получающейся траектории 4176 м. Во втором варианте устье в начале и длина 4113 м. Разница длин траекторий – 63 м, кроме того, второй вариант безопаснее по риску пересечения стволов.
Основой для проектирования схемы кустования месторождения в целом служит следующая информация:

  • инфраструктурные объекты месторождения (имеющиеся и планируемые дороги, ЛЭП и прочее), которые влияют на выбор местоположения кустовой площадки и, соответственно, на координаты устьев скважин;
  • рельеф и орогидрография местности (высоты, реки, природоохранные зоны и т.п.);
  • сетка геологических целей и их характеристика (координаты, глубины, длины горизонтальных участков и их взаиморасположение);
    геологический разрез (интервалы проблемных пород или нецелевых пластов);
  • ранее пробуренные скважины (координаты, траектории);
  • технические характеристики оборудования (грузоподъемность буровой);
  • технологические ограничения (допустимая интенсивность набора угла, глубина установки насосного оборудования и т.д.);
  • конструкция скважин (глубины спуска колонн);
  • последовательность бурения скважин в кусте.


Разработка схемы кустования с учетом всей приведенной выше информации – это сложный и трудоемкий процесс, требующий специализированного программного обеспечения и привлечения специалистов из различных областей. Оптимизация схемы кустования месторождения в первую очередь опирается на оптимизацию траекторий проектируемых скважин. Разумно предположить, что не только приведенная информация влияет на проектные траектории, но и наоборот, траектории влияют на исходные компоненты. Например, при прочих равных условиях, кустовую площадку выгоднее расположить там, где суммарные затраты на строительство скважин куста будут минимальными, а риски останутся приемлемыми. Итоговое проектное решение должно, как минимум, быть сбалансированным и, предпочтительно, наименее затратным, но при этом подходы к проектированию могут быть различны.

Традиционный подход

Традиционно создание схемы кустования базируется на заданной сетке разработки. Исходя из рельефа и орогидрографии местности, а также с учетом имеющейся и требуемой инфраструктуры вручную задаются местоположения кустовых площадок. При этом возможность взятия цели скважиной с кустовой площадки оценивается по окружности максимально допустимого отхода от устья скважины до цели. Попадает цель в окружность заданного радиуса – хорошо, цель может быть взята, если не попадает – значит, не может.
Важно отметить, что проектная траектория на этом этапе не детализируется из-за большого количества и трудоемкости рутинных расчетов, поскольку вариантов расположений кустовой площадки может быть много. Например, сетка из 50 целей покрывается 5 кустами с 3 вариантами расположения кустовых площадок – это 750 траекторий скважин. Если создавать по 10 проектных траекторий в день, то потребуется 75 человеко-дней! Без автоматизации процесса создания проектной траектории проводить детальный анализ рисков и оптимизацию на этом этапе нереально.

Оптимизация

Возможен и другой подход к созданию оптимальной схемы кустования месторождения. Суть этого подхода – формирование областей наиболее предпочтительного расположения кустовых оснований, исходя из возможных траекторий от каждой геологической цели, и уже в местах наибольшего перекрытия этих областей, а также с учетом рельефа и орогидрографии местности (рис. 2) определять местоположения кустовых площадок. Этот подход сложнее алгоритмически и очень требователен к вычислительным ресурсам, поскольку количество расчетов быстро растет с ростом числа целей и узлов расчетной сетки. Процедуру оптимизации упрощает то, что для формирования предпочтительных зон размещения кустовых площадок необязательно рассчитывать точную проектную траекторию каждого возможного варианта. Достаточно формировать вектор значений критериев оптимизации в узлах расчетной сетки, а затем проводить выбор оптимального варианта размещения.
Очевидным критерием оптимизации является длина траектории – чем она меньше, тем меньше (в общем случае) и затраты. Сложность траектории – другой очевидный критерий оптимизации. От нее зависят риски аварий при строительстве и риски непопадания траектории в цель. Не рассчитав проектную траекторию скважины, сложно точно определить степень ее пространственного искривления, но для решения задачи оптимизации необязательно знать точные значения критерия, достаточно чтобы эти значения можно было сравнивать.
Основное преимущество этого подхода ­– возможность без участия человека рассчитать и предложить вариант оптимального размещения кустовых площадок по заложенным критериям.
Описанный подход имеет один существенный недостаток: при автоматическом размещении кустовых площадок будут оставаться неохваченными отдельные геологические цели. Очевидным выходом является внесение корректировок в предложенный автоматический вариант. Вариантов схемы кустования может быть несколько, они, возможно, будут близки по оценкам, и только эксперт сможет объективно оценить и предпочесть тот или иной вариант.

Комплексный итерационный подход

Схема кустования, построенная по сетке бурения, рельефу местности и объектам инфраструктуры, сама являясь объектом оптимизации, может рассматриваться как один из критериев оптимизации для исходных данных. Например, проанализировав проектные траектории схемы, можно заметить, что несущественный сдвиг или поворот некоторых целей горизонтальных скважин приведет к существенному упрощению траекторий и уменьшению их длин. И подстраивая сетку разработки к траекториям, можно добиваться еще большей оптимизации проектного решения в целом.
В показанной на рис. 3 ситуации, изменение азимутального угла горизонтального участка скважины «145» на 20 градусов, привело к сокращению длины траектории на 150 м, с 2755 до 2605 м и уменьшению зенитного угла участка стабилизации на 16 градусов, с 55 до 39 градусов.
Другой пример – незначительный сдвиг двух горизонтальных участков в плоскости. Такое изменение иногда становится единственным способом уменьшить риск пересечения направляющих частей траекторий, ведущих к параллельным горизонтальным участкам, расположенным друг за другом
Как видно из рис.  4, сдвиг каждого из горизонтальных участков на 30 м в разных направлениях привел к разведению траекторий почти на 60 м. Длина и сложность траекторий при этом осталась почти такой же. Несущест­венные изменения в сетке целей могут привести к существенному улучшению траекторий скважин и выигрышу для проектного решения в целом.
Грузоподъемность бурового станка и плотность сетки разработки влияют на количество скважин, доступное с одной кустовой площадки. Задействовав другой тип станка, можно оптимизировать количество требуемых кустовых площадок. На рис. 5 показаны 2 варианта схемы кустования по одной и той же сетке целей. Первый вариант «2000 м» (на рисунке слева-вверху) получен для предельного отхода от устья до цели в 2000 м, а второй «1000 м» – для 1000 м. В правой части рисунка приведены параметры, по которым можно сравнить эти два варианта. Видно, что в первом случае потребуется 3 кустовые площадки, а во втором 8. При этом суммарная длина траекторий во втором варианте меньше, чем в первом, но, разумеется, на отсыпку 8 площадок потребуется намного больший объем грунта. Конечная экономия целиком зависит от закладываемых в расчет стоимостей, но очевидно, что короткие простые траектории во втором варианте менее рискованны.
Как бы ни было оптимально выработанное проектное решение, появление фактических данных по мере бурения скважин, уточнение глубин залегания пласта, уточнение приоритетности взятия тех или иных геологических целей и даже отказ от бурения некоторых из них, неизбежно потребует корректировок схемы кустования, порой существенных. Таким образом, проект кустования месторождения будет жить и видоизменяться столько времени, сколько будет осуществляться строительство скважин на данном месторождении.
Представленная технология проектирования траекторий наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин [2], а также технология подготовки и сопровождения схем кустования месторождений реализованы в ряде программных продуктов компании «Петровайзер», последний из которых – «Проектирование траекторий скважин» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015614012 от 1.04.2015 г.) консолидировал в себе более чем десятилетний опыт создания программного обеспечения и оказания услуг в этой области.
Рис. 6 иллюстрирует схему кустования одного из месторождений, разработанную на базе этого продукта.
Данная технология и программное обеспечение вполне могут стать основой для расчета вариантов разработки, бурения и обустройства месторождений в ходе концептуального проектирования [3].

ООО «Петровайзер»
170002, Тверь, ул. Макарова, д. 4, корп. 2 А
Тел.: (4822) 589-331, тел./факс: (4822) 589-341
petroviser@petroviser.ru

Литература

1. Ошибков А.В., Водорезов Д.Д., Двойников М.В. Анализ результатов исследований профилей наклонно-направленных скважин на основе трансцендентных кривых // Нефть и газ. 2014. №3.
2. Харламов К.Н., Шешукова, Г.Н., Нестерова Т.Н. Поздеев И.А. Проектирование схем разбуривания месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами // Бурение и нефть. 2005. №10.
3. Карачёв A.А., Карсаков В.А., Кудрявцев. И.А., Третьяков С.В. Оптимизация капитальных затрат на строительство скважин при концептуальном проектировании разработки месторождения / Строительство и ремонт скважин -2013: Сб. докл. Международной научно-практической конференции / Краснодар: ООО «Научно-производственная фирма «Нитпо», 2013. 128 с.

References

1. Oshibkov A.V., Vodorezov D.D., Dvoinikov M.V. Analysis of the results of research profiles directional wells on the basis of transcendental curves // Oil and gas. 2014. No. 3.
2. Kharlamov K.N,. Sheshukova G.N., Nesterov T.N, Pozdeev I.A. Designing circuits drilling fields horizontal and multilateral wells / Drilling and oil. 2005. No. 10.
3. Karachev A.A., Karsakov V.A., Kudriavtsev I.A., Tretiakov S.V. Optimization of capital construction costs for wells in the conceptual design of field development / Construction and repair of wells -2013: International scientific-practical conference. Collection of reports / Krasnodar: Scientific-production firm «Nitpo» LLC, 2013. 128 p.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Нестерова Т.Н.

    Нестерова Т.Н.

    к.т.н., первый заместитель генерального директора

    ООО «Петровайзер»

    Поздеев И.А.

    руководитель проектов

    ООО «Петровайзер»

    Просмотров статьи: 9400

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru