УДК:
DOI:

Организация работ с целью снижения отклонений от плановой траектории при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин с винтовыми забойными двигателями

Organization of work to reduce deviations from the planned trajectory when drilling directional and horizontal wells with screw downhole motors

A.S. Zabolotnyi,
R.R. Muksinov,
R.A. Khasanov
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Ufa State Petroleum Technical University
Ufa, 450064, Russian Federation

На сегодняшний день для разработки нефтяных и газовых месторождений повсеместно строятся наклонно-направленные и горизонтальные скважины, сложность профилей которых трудно было представить во времена зарождения самой технологии бурения.

Наблюдающийся быстрый рост доли строительства наклонно направленных скважин в 20-м веке, а затем и скважин с горизонтальным окончанием с 11% в 2010 г. до более 52 % в 2020 г. [1] обусловлен постепенной выработкой легко извлекаемых запасов углеводородов, а также развитием как высокотехнологического оборудования, так и самой технологии бурения, опирающейся на научные открытия. Современная тенденция увеличения количества скважин с горизонтальным окончанием с большей площадью дренирования пласта позволяет вовлекать в разработку трудноизвлекаемые запасы в неоднородных низкопроницаемых пропластках, залежах с застойными и периферийными зонами, высоковязкой нефтью.

Однако с появлением новых возможностей открывается и ряд новых проблем, которые необходимо решать. В области наклонно-направленного бурения кустовое бурение скважин, использование плотных сеток разработки, уменьшение радиусов геологических целей привели к увеличению количества скважин со сложными типами пространственных профилей. Точность проводки таких скважин, согласно плановым траекториям, сопряжена с большим количеством рисков, так или иначе приводящих к финансовым затратам, созданию небезопасных условий и потери репутаций компаний.

Среди таких рисков:

– столкновение с соседними скважинами;

– непопадание в круг допуска целей;

– появление различных аварийных ситуаций;

– невозможность достичь проектного забоя из-за возросших сил трения;

– потеря управления траекторией из-за проблем с ориентированием УУО;

– непрохождение обсадных колонн до забоя, повышенный износ ГНО.

В данной статье речь пойдет о методах и принципах организации работ на четырех основных этапах строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин с целью недопущения отклонений от профиля при бурении.

Today, to develop oil and gas fields, directional and horizontal wells are being built everywhere, the complexity of the profiles of which was difficult to imagine at the time of the inception of the drilling technology itself.
The observed rapid growth in the share of construction of directional wells in the 20th century, and then of wells with horizontal completion from 11 % in 2010 to more than 52 % in 2020 [1] is due to the gradual development of easily recoverable hydrocarbon reserves, as well as the development of both high-tech equipment and the drilling technology itself, based on scientific discoveries. The modern trend of increasing the number of wells with horizontal completions with a larger drainage area of the formation makes it possible to involve in the development of hard-to-recover reserves in heterogeneous low-permeability layers, deposits with stagnant and peripheral zones, and high-viscosity oil.
However, with the emergence of new opportunities, a number of new problems open up that need to be resolved. In the field of directional drilling, cluster drilling of wells, the use of dense development grids, and decreasing the radii of geological targets have led to an increase in the number of wells with complex types of spatial profiles. A large number of risks depend on the accuracy of drilling such wells according to planned trajectories, one way or another leading to financial costs, the creation of unsafe conditions, and loss of reputation of companies.
Including the following risks:
– collision with neighboring wells;
– not falling within the target tolerance range;
– occurrence of various emergency situations;
– inability to reach the design bottom due to increased friction forces;
– loss of trajectory control due to problems with the orientation of the control device;
– failure of casing strings to reach the bottom, increased wear of gas pumping equipment.
This article will discuss the methods and principles of organizing work at the four main stages of construction of directional and horizontal wells in order to prevent deviations from the profile during drilling.

1. Этап планирования работ
Построение плановой траектории. Большинство проблем, связанных с отклонением от планового профиля, можно решить еще на этапе построения самой плановой траектории. Интенсивность закладываемых участков искривления и их глубины необходимо выбирать с учетом характеристик буровой установки и элементов КНБК, геологических особенностей и тенденций залегающих пластов горных пород, характеристик бурового раствора, интервалов установки ГНО, рисков пересечений с соседними скважинами и т.д. Важно предусмотреть в плановой траектории промежуточные участки стабилизации для анализа поведения КНБК при бурении в роторе или более быстрого возврата к плановой траектории при возможном отставании от профиля.
Анализ бурения соседних скважин. Непосред-ственно перед бурением важно ознакомиться с информацией о ранее пробуренных скважинах, в ходе которой можно оценить выдаваемую интенсивность ВЗД и тенденцию роторного бурения в различных геологических участках, интервалы пропластков или ухудшения хождения инструмента, где процесс направленного бурения будет осложнен скачками давления или трудностями доведения нагрузки на долото. Компании, собирающие статистику бурения всех скважин, способны делать качественный анализ и выявлять наиболее подходящие типы КНБК и долот для различных траекторий и регионов выполнения работ.
Подбор элементов КНБК. Важным этапом планирования работ по наклонно-направленному бурению является правильный подбор дизайна КНБК. В настоящее время основные принципы управления искривлением скважин с помощью разнообразного расположения опорно-центрирующих элементов хорошо изучены, однако, стоит отметить, что сегодня за один рейс, как правило, выполняется бурение сразу нескольких участков профиля. Выбор компоновки не должен основываться только лишь на наиболее преобладающем по длине участке профиля. Так, если в профиле преобладает участок стабилизации, делать выводы об однозначном использовании стабилизирующей компоновки некорректно. Важно учесть глубины расположения этих участков, в условиях осложненного направленного бурения в нижних интервалах приоритет логичнее отдавать КНБК, имеющей тенденцию, совпадающую с осложненным участком направленного бурения для минимизации рисков отклонения.
Универсального типа КНБК не существует, опытным путем выявляют наиболее оптимальную компоновку, подходящую для вскрытия данного типа геологического разреза. Фактором, определяющим наиболее оптимальные дизайн и элементы КНБК, могут стать отношения метров и времени направленного бурения к общей глубине долбления и общему времени бурения соответственно. В таком случае также важно включить во время направленного бурения и время, затрачиваемое на процесс ориентирования КНБК, дополнительные расхаживания, промывки, вызванные невозможностью эффективного контроля траектории.
Сильная зависимость от оборудования буровой установки накладывает ряд ограничений на выбор элементов КНБК. Например, при низкой грузоподъемности БУ могут применяться ЛБТ, что, как правило, осложняет процесс ориентирования забойного двигателя, однако, при протяженных участках горизонтальной секции, где в процессе направленного бурения возникает спиральный изгиб, использование ЛБТ в горизонтальном участке может стать ключевым моментом в решении проблемы по доведению нагрузки на долото [2].
Ответственным моментом подготовки к работам является также выбор угла перекоса на ВЗД. Больший угол угла перекоса, казалось бы, всегда снижает длину интервала направленного бурения по причине большей выдаваемой интенсивности изменения пространственного угла. Однако, возникающие резкие локальные интенсивности приводят к извилистости ствола и проблемам с хождением инструмента без вращения, что может стать причиной невозможности ориентирования КНБК в нижних интервалах бурения. С увеличением угла перекоса увеличиваются и риски отказа ВЗД из-за увеличивающихся нагрузок на валу двигателя в резко искривленных участках.
Предотвратить отклонения от траектории можно рациональным выбором количества и размеров резцов, количества лопастей и общей геометрии долота, поскольку высокая агрессивность долота, обусловленная глубоким внедрением резцов, хоть и способствует увеличению механической скорости проходки, но, с другой стороны, также осложняет процесс установки угла отклонителя при направленном бурении из-за резкого изменения момента на долоте и реактивного момента на ВЗД. Для каждого набора характеристик долота можно подобрать предпочтительные характеристики ВЗД, в паре с которыми будут достигаться наилучшие показатели средней механической скорости за рейс и управляемости КНБК. Очевидно, что одним из наиболее важных параметров, определяющих успех достижения поставленных целей по наклонно-направленному бурению, является выбор подходящей пары под условия пары ВЗД и долота.

2. Этап подготовки к работам по наклонно-направленному бурению
Создание регламентирующих документов и инструкций. Порядки действий по управлению траекторией и условия их применения должны быть точно проработаны и четко закреплены в нормативных документах, что позволит персоналу ссылаться на актуальный и надежный источник при выборе своих действий. В процессе многократного применения инструкций и мероприятий единой формы инженер быстрее запоминает и применяет описанные правила. Важно помнить, что частые корректировки и уточнения инструкций могут привести к использованию персоналом неактуальных версий документов.
Удобным средством моментального реагирования могут стать алгоритмы в виде блок-схем. В основу алгоритмов действий при отклонениях от плана может лечь следующая представленная на рис. базовая модель, требующая уточнений под конкретный проект или специальные условия.
Подготовка персонала. В связи с высокой степенью специализации и разделения работников инженерно-технического состава по отдельным сервисам (растворный сервис, супервайзинг, сервис ГТИ, сервис ННБ, буровой подрядчик) возникают ситуации по недопониманию работника одного сервиса специфики работы другого сервиса, что, так ли иначе, приводит к сложностям в обмене информацией и несвоевременному коллективному реагированию на возникающие признаки появления проблем с контролем траектории. Одним из базовых способов предупреждения отклонений при ННБ является заблаговременная подготовка всего задействованного персонала при бурении скважин к возможным проблемам по контролю фактической траектории.
С данной целью должны проводиться периодические обучения и тестирования специалистов по курсам наклонно-направленного бурения и основам работы телеметрических систем. Поскольку повсеместно сооружаются наклонно-направленные и горизонтальные скважины, базовые знания ННБ необходимо иметь всем специалистам, задействованным в месте строительства скважин. Для оперативного принятия решений и действий в процессе проблем направленного бурения на буровой не должно затрачиваться время на объяснение базовых понятий и основ ННБ.
Другим важным фактором является качество проведения ежедневных планерок на буровой, где заблаговременно необходимо обсуждать помимо иных тем и тему ННБ. Анализ вероятных проблем при контроле фактической траектории, планирование способов их решений, предложение методов по недопущению или устранению отклонений от плановой траектории должны стать одними из ключевых тем обсуждений. Вовлеченность и содействие всех сервисов в улучшение процесса ННБ способны устранить проблемы еще на этапе планирования ежесменных работ. В качестве примера – одной из тем обсуждения при приближении траектории к участкам сложной геометрии может стать проверка наличия и готовности реагентов и оборудования для приготовления очищающих и смазывающих пачек в случае признаков некачественной очистки ствола скважины или ухудшения хождения инструмента, являющимися одними из основных причин отклонений от траектории.
Распределение персонала. Снизить количество инцидентов по причине человеческого фактора возможно с помощью правильного распределения персонала на объекты работ. Инженер-технолог ННБ, работающий на одном и том же месторождении или кустовой площадке долгое время, гораздо лучше знает особенности бурения на данной местности, точно также и инженер по измерениям способен настроить работу телесистемы наиболее эффективно, если уже имеет опыт работ с применяемым телеметрическим оборудованием и знаком с особенностями данной кустовой площадки. Наиболее худшим сценарием является постоянная ротация всего персонала, важно обеспечить наличие хотя бы одного опытного на данном месторождении или кусту инженера в партии ННБ.
Выбор и настройка работы телеметрических систем. На качество проводки скважин значительную роль оказывает и применяемая телеметрическая система в процессе бурения. В сложных типах скважин предпочтение отдается телесистемам обладающими следующими преимуществами:
– наличие динамических измерений инклинометрии при бурении;
– минимальная зона «непромера» инклинометра;
– высокая скорость передачи данных и устойчивый сигнал для моментальной обратной связи при ориентировании компоновки на забое;
– высокая точность и минимальная погрешность статических измерений;
– возможность наземного комплекта надежно дублировать передачу данных напрямую бурильщику, для оперативного корректирования режимов.
Помимо перечисленных преимуществ важна грамотная настройка телесистем для максимального использования имеющихся ресурсов, применение даже самой современной модели телесистем с нерациональными настройками, внесенными инженером по измерениям, может привести к возникновению проблем с отклонением от плановой траектории.
Распределение персонала. Снизить количество инцидентов по причине человеческого фактора возможно с помощью правильного распределения персонала на объекты работ. Инженер-технолог ННБ, работающий на одном и том же месторождении или кустовой площадке долгое время, гораздо лучше знает особенности бурения на данной местности, точно также и инженер по измерениям способен настроить работу телесистемы наиболее эффективно, если уже имеет опыт работ с применяемым телеметрическим оборудованием и знаком с особенностями данной кустовой площадки. Наиболее худшим сценарием является постоянная ротация всего персонала, важно обеспечить наличие хотя бы одного опытного на данном месторождении или кусту инженера в партии ННБ.

3. Этап выполнения работ по наклонно-направленному бурению
Ежедневная пересменка персонала. Как и в статистике прихватов, случающихся по большей своей части после утренней или вечерней пересменки персонала на буровой, большинство ошибок в решениях направленного бурения случается вследствие некачественной пересдачи смены. К приходу сменщика по смене необходимо подготовить список вопросов для обсуждения и задач для выполнения на смену. Необходимо предупредить коллег о корректировании режима бурения, способе выставления УУО и дальнейшего видения плана работ по соблюдению траектории.
Снижение дополнительной нагрузки на персонал. Особой темой для организации эффективных работ не только по недопущению отклонений от траектории, а и для недопущения всего перечня аварий и инцидентов при бурении скважин должен стать способ снижения количества и периодичности предоставления разнообразных отчетностей, не связанных с выполнением процесса наклонно-направленного бурения. Загруженность персонала ведением журналов и документацией не должно отвлекать сотрудника от расчетов траектории и контроля направленного бурения, где небольшая ошибка может привести к огромным затратам при строительстве скважин.
Проведение планерок. Еще важным фактором является качество проведения ежедневных планерок на буровой, где заблаговременно необходимо обсуждать помимо иных тем и тему ННБ (см. выше «Подготовка персонала»).

В качестве примера – одной из тем обсуждения при приближении траектории к участкам сложной геометрии может стать проверка наличия и готовности реагентов и оборудования для приготовления очищающих и смазывающих пачек в случае признаков некачественной очистки ствола скважины или ухудшения хождения инструмента, являющимися одними из основных причин отклонений от траектории.

Коммуникация со всеми участниками строительства скважин. При возникновении проблем в направленном бурении необходимо поставить в известность не только собственного руководителя, но и местных участников строительства скважин, как минимум бурильщика, бурового мастера, представителя заказчика, инженера по растворам. При должном уровне взаимопонимания возможно более ранее согласование мероприятий по улучшению процесса направленного бурения, будь то увеличение процента смазки в буровом растворе или дополнительная шаблонировка ствола скважины. В редких случаях возможна корректировка плановой траектории по согласованию с заказчиком, однако в этом случае снижается репутация компании, предоставляющей услуги ННБ.
Организация рабочего места и использование программного обеспечения. Современный качественный процесс наклонно-направленного бурения невозможен без использования программного обеспечения. Наличие ошибок, недоработок и других проблем работы в программных продуктах, используемых для расчетов траектории и обработке сигнала от телесистемы, должны быть исключены во время направленного бурения, требующего колоссального внимания и максимальной отдачи от партии ННБ.
Большое количество факторов, влияющих на процесс искривления скважин, делает процесс высокоточного прогноза забойного положения практически невозможным, однако приблизительные математические прогнозы все же делаются, причем, как правило, вручную, ошибка в прогнозе пространственного положения забоя часто приводит к отклонениям от профиля. Расчеты в программном обеспечении способны снизить вероятность ошибок. Большинство нефтесервисных компаний по ННБ разрабатывают свое собственное ПО, однако, не все из них обладают удобной функцией прогнозирования и расчетов зенитного угла и азимута на долоте. Также, как правило, только зарубежные продукты имеют широкий функционал, быструю скорость обработки данных и удобный интерфейс, что объясняет покупку лицензий на использование ПО российскими компаниями.
Техническая поддержка. Другим немаловажным инструментом для минимизации отклонений является наличие поддержки полевых партий. Это может выражаться в создании отдела мониторинга за скважинами, работами или выделении рабочих мест для инженеров по сложным работам, оперативно прибывающих на место проведения работ. В случае сомнений партия ННБ всегда должна иметь возможность оперативно обсудить выбор корректирующих мероприятий по возврату к плановой траектории, по изменению режимов бурения или получить помощь в случае проблем с работой оборудования.

4. Этап завершения работ
Анализ выполненных работ и составление рекомендаций. По итогам бурения скважин должен проводиться полноценный анализ, с выделением списка допущенных ошибок в процессе проводки скважин, причины ошибок должны быть устранены с созданием мероприятий для недопущения их возникновения повторно. Надежное хранение хронологии и информации по применяемым действиям по устранению отклонения от траектории, допущенной при бурении завершенной скважины, обязательно к ознакомлению персоналу во время подготовки к очередным работам. С помощью таких действий представляется возможным снизить количество повторов однотипных инцидентов любого характера, например, при смене персонала на кустовой площадке, когда отсутствует понимание специфики работ на данном кусту.
Ведение статистики. Максимальный сбор информации по бурению завершенной скважины позволит сформировать полноценную базу данных, представляющую большой интерес для получения статистических данных для анализа эффективности применения различных конфигураций КНБК, рациональности построенного профиля, профессиональных навыков персонала, привязки проблемных интервалов к геологическим разрезам и других параметров.

Заключение
На основе вышеизложенного можно сделать вывод, что в ближайшие годы будет остро стоять вопрос по развитию российского рынка услуг в области ННБ. Это, в свою очередь, делает востребованным помимо научных исследований, изучение способов высокоэффективной организации работ с целью увеличения скорости и повышения точности наклонно-направленного бурения. Значительная доля инцидентов с отклонением от профиля связана с человеческим фактором, поэтому минимизация ошибок на различных этапах выполнения работ по проводке наклонно-направленных и горизонтальных скважин является актуальной современной задачей в нефтяной отрасли, остающейся локомотивом экономики страны.

Литература

1. Кульчицкий В.В. Состояние и перспективы горизонтального бурения в России / В.В. Кульчицкий, А.Я. Закиров, В.П. Овчинников, А.В. Щербаков, Е.А. Баннов, В.А. Никонов // Бурение и нефть. – 2020. – № 10.
2. Басович В.С. Перспективы применения алюминиевых бурильных труб при бурении горизонтальных скважин большой протяженности / В.С. Басович, И.Н. Буяновский, И.В. Петункин // Бурение и нефть. – 2015. – № 6.
3. Кравец В. Отчет RPI: Развитие рынка MWD/LWD – Свет в конце туннеля появился / В. Кравец // ROGTEC. – 2021. – № 67.
4. Об утверждении Плана мероприятий по импортозамещению в отрасли нефтегазового машиностроения Российской Федерации на период до 2024 года: приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 30 июня 2021 г. № 2362.

References

1. Kulchicky V.V. State and prospects of horizontal drilling in Russia / V.V. Kulchicky, A.Ya. Zakirov, V.P. Ovchinnikov, A.V. Shcherbakov, E.A. Bannov, V.A. Nikonov // Drilling and oil. – 2020. – No. 10.
2. Basovich V.S. Prospects for the use of aluminum drill pipes when drilling long horizontal wells / V.S. Basovich, I.N. Buyanovsky, I.V. Petunkin // Drilling and oil. – 2015. – No. 6.
3. Kravets V. RPI report: Development of the MWD/LWD market – Light has appeared at the end of the tunnel / V. Kravets // ROGTEC. – 2021. – No. 67.
4. On approval of the Action Plan for import substitution in the oil and gas engineering industry of the Russian Federation for the period until 2024: Order of the Ministry of Industry and Trade of the Russian Federation dd. June 30, 2021 no. 2362.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Заболотный А.С.

    Заболотный А.С.

    аспирант

    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

    Муксинов Р.Р.

    Муксинов Р.Р.

    аспирант

    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

    Хасанов Р.А.

    Хасанов Р.А.

    к.т.н., доцент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»

    Уфимский ГНТУ

    Просмотров статьи: 758

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru