Сооружение многоствольных (многозабойных) скважин с горизонтальным окончанием

BAKIROV D.L.1,2, OVCHINNIKOV V.P.2, FATTAKHOV M.M.1, OVCHINNIKOV P.V.3, ROZHKOVA O.V.2, BABUSHKIN E.V.1
1 Branch of LLC «LUKOIL-Engineering» «KogalymNIPIneft» in town Tyumen
Tyumen, 625000, Russian Federation
2 Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Industrial University of Tyumen»
Tyumen, 625027, Russian Federation
3 FSBEI HE «Russian State Geological Prospecting University named after Sergo Ordzhonikidze», MGRI
Tyumen, 625038, Russian Federation

В статье показано, что для обеспечения полноты нефтеизвлечения из низкопроницаемых коллекторов более эффективно использование многозабойных/многоствольных скважин с горизонтальным окончанием. Сделан анализ технических схем их осуществления, и на примере условий ряда месторождений Западной Сибири рекомендованы технико-технологические решения для их бурения.

The article shows that to ensure the completeness of oil recovery from low-permeability reservoirs, it is more efficient to use multi-bottle / multilateral wells with horizontal ends. An analysis of the technical schemes for their implementation is made, and on the example of the conditions of a number of fields in Western Siberia, technical and technological solutions for their drilling are recommended.

Разработка новых технологий в целях эффективного и более полного извлечения трудноизвлекаемых, низкорентабельных запасов углеводородов является одной из актуальных задач на современном этапе развития нефтегазовой отрасли.
Одним из перспективных решений в данном направлении является строительство многозабойных скважин (МЗС) по 1–2 уровням сложности, согласно международной классификации TAML (Technology Advancement for Multi–Laterals) [1]. Их сооружение на текущем уровне развития техники и технологии является доступным технологическим решением, может быть реализовано с использованием стандартного бурильного инструмента и компоновок низа бурильной колонны (КНБК) [2–4]: позволяет повысить степень охвата пласта дренированием, обеспечить меньшую депрессию в системе «скважина-пласт» и обводненность (рис. 1) при дебитах, сопоставимых с дебитами скважин с горизонтальным окончанием (ГС) [5, 6]. Технология их бурения позволяет также вовлекать в разработку пласты с нефтенасыщенными толщинами от 2–3 м, многократно пересекая пропластки, что наиболее соответствует условиям разработки нефтяных месторождений Западной Сибири.

Одним из перспективных решений в данном направлении является строительство многозабойных скважин (МЗС) по 1–2 уровням сложности, согласно международной классификации TAML (Technology Advancement for Multi–Laterals).

Анализ результатов сооружения и применения МЗС [7, 8] свидетельствует, что наиболее широкое применение находят МЗС с одним ответвлением от основного горизонтального ствола, обычно расположенным на разных абсолютных отметках (пропластках). Данные типы профилей являются наиболее технологичными. Отмечается технологическая сложность бурения ряда месторождений МЗС с четырьмя и более забоями, а опыт их бурения сопряжен с технологическими рисками, обусловливающими высокие непроизводительные затраты времени и ресурсов [9]. К настоящему времени имеется положительный опыт бурения МЗС с 7–10 ответвлениями, что подразумевает перспективность развития указанной технологии.

Анализ применявшихся на практике видов профилей свидетельствует, что наиболее сложным с технологической точки зрения является процесс зарезки ответвлений в горизонтальном участке, а наиболее сложным типом профилей для зарезки ответвлений – профили разветвленных МЗС [10].
Следует выделить следующие технологические схемы [4, 7, 8, 10, 11]:
1. Формирование МЗС путем бурения боковых необсаживаемых стволов из материнской колонны путем фрезерования окна – данный метод применим в наклонно-направленных МЗС, в основном в массивных рифовых залежах. В случае вырезаний окна в горизонтальном участке, риски «зацепления» инструментом за «окно» кратно возрастают ввиду прилегания инструмента к нижней части материнской колонны – в таком случае ориентирование окна вверх (GTF = 0°, Gravity Tool Face – угол между верхней точкой ствола и корпусом отклонителя КНБК) и использование отклоняющей компоновки, предотвращающей сближение бурильной КНБК с материнской колонной, может незначительно снизить риски обрыва инструмента. Но даже при этом данный вид работ остается достаточно рискованным и не технологичным. В связи с этим рассматриваемая технология может преимущественно применяться в наклонно-направленных МЗС, не вскрывающих в

процессе бурения боковых ответвлений водонасыщенных пропластков. Поэтому данный метод в условиях месторождений Западной Сибири не применяется.

2. Бурение основного ствола долотом большего диаметра, чем в боковых ответвлениях, обусловлено необходимостью спуска хвостовика в основной горизонтальный ствол МЗС. Задача, несомненно, актуальна, но технология подразумевает необходимость многократных спускоподъемных операций (СПО) по смене долота для бурения каждого интервала (не менее двух СПО на одно ответвление). Как следствие, длительные сроки бурения скважины, что несет убытки при использовании контрактов с буровыми подрядчиками по суточной ставке, и подразумевает более поздние сроки ввода скважин куста, планируемых к бурению в последующие периоды.
3. Строительство МЗС с расширением в основном (необсаженном) стволе определенного интервала для последующей зарезки в нем ответвления. Данное решение позволяет наработать уступ в месте окончания расширенного интервала, что с технологической точки зрения облегчает процесс срезки, однако также требует выполнения не менее двух СПО на каждое ответвление (рейсы на расширение и на зарезку ответвления). В последнее время в условиях слабосцементированных коллекторов (сеноманские отложения) имеется опыт расширения интервала планируемой зарезки ответвления без подъема– с использованием компоновок с роторно-управляемыми системами (РУС). Для этого в планируемом интервале зарезки дистанционно в РУС выставляется максимально возможный угол отклонения вала относительно оси скважины, с последующим вращением роторной компоновки производится разрушение по периметру слабосцементированного коллектора и нарабатывается уступ в породе для последующей зарезки ответвления. Данный метод может использоваться в условиях слабосцементированных коллекторов, склонных к осыпанию (в скважинах, характеризующихся интенсивным выносом песка в период эксплуатации).
4. Использование ярусно-разветвленного типа профиля с расположением ответвления на верхней части пласта (верхнем пропластке), а основного горизонтального ствола – в нижней части пласта (нижнем пропластке). Данное решение достаточно технологично, так как зарезка основного ствола из ответвления производится в субгоризонтальном участке. Способ может быть применен в массивных залежах, либо в случае отсутствия водонасыщенных интервалов между верхним и нижним пропластками. Также следует отметить, что большинство месторождений моногопластовые, зачастую с подошвенной водой по большинству пластов. Нефтенасыщенные интервалы (пласты) имеют ограниченную мощность. Данный способ имеет ограниченный характер применения.
5. Строительство МЗС с использованием специализированного оборудования для формирования многоствольных стыков по 3–6 уровням классификации TAML [1]. Данное оборудование и технологии их реализации являются высокотехнологичными и подразумевают кратное увеличение стоимости скважин в условиях месторождений Западной Сибири. В связи с этим они применимы на морских и шельфовых проектах, где затраты по ним будут составлять незначительную долю от общих затрат на строительство скважины.
6. Известные технологии подразумевают либо существенное увеличение стоимости, либо выполнение множества СПО для минимизации рисков при строительстве МЗС. Альтернативным данным вариантам методом является бурение МЗС одним долблением, подразумевающим использование специальных профилей в МЗС, а именно формирование «бугра» («полки») в профиле МЗС с последующей наработкой желоба перед данным интервалом и дальнейшим зарезанием нового ствола со сформированного уступа в профиле. Оптимально зенитный угол в точке зарезки составляет не более 86–87°, а ниже по стволу имеется участок с «бугром» в профиле (с зенитным углом 90–93°), поскольку в таком случае облегчается процесс наработки желоба и последующей зарезки нового ствола (рис. 2) [4].

Зарезку ответвлений предпочтительно осуществлять в мягких породах, определяемых, в том числе, по косвенным признакам (механическая скорость бурения, пористость, шламограмма и др.), с применением долот с короткой и более агрессивной калибрующей частью, компоновок низа бурильной колонны меньшей «жесткости», с винтовыми забойными двигателями (ВЗД) с максимальным углом перекоса, при котором возможно вращение КНБК ротором.

По данному способу наработка желоба осуществляется «снизу-вверх» в следующей последовательности: долото устанавливается на 1 м выше над предполагаемым местом уступа, отклонитель ориентируется в секторе 150–210° относительно верхней точки ствола (GTF), спуск компоновки до предполагаемого уступа осуществляется со скоростью 4 м/ч. Далее компоновка поднимается на 2 м над предполагаемым уступом и спускается со скоростью 4 м/ч. В дальнейшем действия повторяются с увеличением каждый раз расстояния до уступа на 1м. Для наработки желоба по такой схеме перед началом зарезки над стволом ротора должно находиться не менее 9 м ведущей трубы (запас для зарезки ответвления).
7. В МЗС с более простым профилем также могут применяться другие методы зарезки ответвлений в необсаженном горизонтальном участке (ГУ):
– метод забуривания по времени («time drilling»), при котором долото устанавливается на глубине забуривания ответвления с ориентированием отклонителя в секторе 150–210° GTF и последующим углублением на 1м со скоростью 0,3 м/ч. Далее производится углубление на 2 м со скоростью 0,6 м/ч, затем на 6 м со скоростью 1,2 м/ч. Метод забуривания по времени применяется при «идеальных» условиях (минимальном риске прихвата КНБК и стабильном доведении нагрузки на долото);
– метод наработки желоба «сверху вниз», при котором долото устанавливается на глубине забуривания ответвления с последующим углублением на 1 м со скоростью 8 м/ч и стоянкой на забое 2 мин. Далее компоновка повторно спускается на 1 м и 5 см со скоростью 8 м/ч. Последующие шаги повторяются с увеличением каждый раз интервала спуска на 5 см. Метод наработки желоба «сверху вниз» применяется при рисках получения прихвата компоновки под действием дифференциального перепада давления в системе «скважина-пласт» или наличии осложнений ствола.

8. Зарезку ответвлений предпочтительно осуществлять в мягких породах, определяемых, в том числе, по косвенным признакам (механическая скорость бурения, пористость, шламограмма и др.), с применением долот с короткой и более агрессивной калибрующей частью, компоновок низа бурильной колонны меньшей «жесткости», с винтовыми забойными двигателями (ВЗД) с максимальным углом перекоса, при котором возможно вращение КНБК ротором. Независимо от способа формирования уступа в профиле (наработки желоба) нагрузка на долото должна быть меньше, чем в процессе бурения, и долото должно приближаться к точке предполагаемого уступа с низкой скоростью во избежание срыва инструмента с уступа [4, 11].

Опыт работ по месторождениям Западной Сибири свидетельствует о достаточно широком применении технологии многозабойного бурения, в том числе при реализации сложных проектов, таких как бурение скважин с большим отходом в морских и шельфовых проектах. Перспективным направлением развития является адаптация технологии бурения МЗС для условий низкопроницаемых коллекторов и трудноизвлекаемых запасов углеводородов.

Буровой раствор должен обладать улучшенными смазывающими свойствами и минимально требуемой плотностью для обеспечения минимального трения бурильного инструмента и исключения дифференциального прихвата. При бурении МЗС растворами на водной основе (РВО) содержание смазывающей добавки рекомендуется в количестве до 3–4 %, либо применяются растворы на углеводородной основе (РУО) с низкой эквивалентной плотностью при циркуляции [12, 13].
На ряде месторождений Западной Сибири многозабойное бурение применяется в проектах по строительству скважин с большим отходом от вертикали (рис. 3, 4) [14], где рекомендованы низкоинтенсивные и энергосберегающие профили, растворы на углеводородной основе, обеспечивающие пониженную эквивалентную плотность при циркуляции; роторно-управляемые системы с модулярными секциями; спуск хвостовика с возможностью промывания через башмачный узел; элементы оснастки с улучшенными фрикционными свойствами и другие высокотехнологичные решения [14–17].
Имеется опыт применения облегченных конструкций МЗС, в которых исключается одна колонна (секция хвостовика) и из-под кондуктора. Одним долблением выполняется бурение транспортной и горизонтальной секций профиля с последующим обсаживанием всего ствола полноразмерной колонной диаметром 146 мм. Опыт применения такой конструкции позволяет повысить коммерческую скорость строительства на 15 % за счет исключения работ, связанных с упрощением конструкции скважины (отсутствует необходимость одной колонны и ее цементирования, ОЗЦ, разбуривание цементного стакана, ГИС по оценке качества крепления, смене КНБК и выбросе бурильного инструмента на мостки и т. д.). Заканчивание таких скважин предусматривает обсаживание основного горизонтального ствола обсадной колонной с фильтром, тогда как ответвления могут не обсаживаться, поскольку в процессе их эксплуатации осыпание необсаженных пород не приводит к резкому падению дебитов МЗС. При бурении и заканчивании скважин используются традиционные для ГС технологии [18, 19].
Таким образом, опыт работ по месторождениям Западной Сибири свидетельствует о достаточно широком применении технологии многозабойного бурения, в том числе при реализации сложных проектов, таких как бурение скважин с большим отходом в морских и шельфовых проектах. Перспективным направлением развития является адаптация технологии бурения МЗС для условий низкопроницаемых коллекторов и трудноизвлекаемых запасов углеводородов.

Комментарии посетителей сайта