Строительство поисковой скважины номер 1 на месторождении Новое

Строительство поисковой скважины №1 на месторождении Новое

В.Ф. ГРИНЕВ, директор Краснодарского филиала, Г.П. ВАРЛАМОВ, зам. директора по производству, ООО «РН-Бурение»

Поисковая наклонно-направленная скважина №1 Новая заложена с целью поиска залежей углеводородного сырья в чокракских отложениях в шельфе Азовского моря. Скважина начата бурением 28 декабря 2006 г. и закончена бурением 9 сентября 2007 г. Проектная глубина ее составляет 3815 м с отходом забоя от устья скважины 1045 м, радиус круга допуска — 70 м.

При проектировании скважины особое внимание уделено совершенствованию конструкции скважины, технической оснащенности штатной буровой установки БУ-5000 ДГУ, применению высокоэффективного породоразрушающего инструмента и современ-ного навигационного оборудования, предусмотрено использование гидрофобизирующего бурового раствора «Силик». Проектные и фактические конструкция скважины и плот-ность бурового раствора приведены в табл. 1:

Фактические глубины спуска обсадных колонн отличаются от проектных в связи с изменением стратиграфического разреза по глубине. Профиль ствола скважины выпол-нен «S – образным» с максимальным зенитным углом 32º при угле вхождения в продук-тивные горизонты 4 — 5º. На глубине 3840 м отход забоя скважины от устья составил 1007 м.
На стадии строительно-монтажных работ выполнили адаптацию буровой уста-новки БУ – 5000 ДГУ для условий бурения с «нулевым сбросом», вся буровая установка была приподнята над уровнем земли на 1 м с целью обеспечения возможности монтажа противовыбросового оборудования по 10 схеме с 4я превенторами. На работы по монтажу буровой установки, начиная с момента установки дополнительных фундаментов до забу-ривания скважины, затрачено 25 суток.
Накопленный Подрядчиком опыт строительства похожих скважин в аналогичных горно-геологических условиях позволил выявить самые тяжелые этапы в строительстве скважины №1 Новая и разработать эффективные меры по предупреждению возник-новения осложнений и снижению их тяжести при бурении и креплении скважины.
К основным, наиболее вероятным проблемам, с которыми предстояло встретить-ся при строительстве скважины, были отнесены следующие:
• Проблемы, связанные с недостатками конструкции скважины — обусловлены пре-жде всего наличием несовместимых по геологическим условиям, в классическом понима-нии, интервалов при бурении под техническую колонну Ø 245 мм с глубины 1700 м до 3225 м — всего 1525 м. Осыпи и обвалы стенок скважины в результате набухания глин и воздействия колебаний гидродинамических давлений в скважине во время промывок и СПО; высокая вероятность осыпания стенок скважины в верхней части разреза при каж-дом увеличении плотности бурового раствора.
Не технологично наличие направления Ø 720 мм, но эта мера позволяла спустить резервное направление Ø 630 мм при возникновении поглощений и грифонов в верхней 150–метровой части ствола скважины.
• Проблемы, связанные с подбором рецептуры бурового раствора. Прежде всего, буро-вой раствор должен был обеспечить эффективный вынос выбуренной породы при сохра-нении устойчивости стенок скважины на каждом этапе утяжеления и обеспечении мини-мального воздействия фильтрата бурового раствора на глинистую часть разреза скважины с целью предотвращения разбухания глин. Сложность решения проблемы усугублялась крайне высокими требованиями природоохранного законодательства для условий дея-тельности в заповедной прибрежной зоне Азовского моря.
• Интенсивное нарастание глинистой корки в проницаемых пластах после каждой сту-пени увеличения плотности бурового раствора.
• Поглощения бурового раствора в интервалах залегания песчаников. Наибольшая опас-ность возникновения поглощений возникает при повышении плотности бурового раствора от 1,43 г/см3 и выше.
• Прилипания бурильного инструмента в интервалах залегания песчаников, опасность дифференциальных прихватов многократно возрастает по мере увеличения плотности бу-рового раствора, начиная от 1,35 г/см3 и выше.
• Наработка пространственных желобов, особенно интенсивных в интервалах изменения параметров траектории скважины по углу и азимуту. Опасность усугублялась формирова-нием ствола скважины с конфигурацией стенок, имеющих форму «стиральной доски», при турбинно роторном бурении с включенным в КНБК «кривым переводником». В такие желоба попадает в первую очередь бурильная колонна, с меньшей вероятностью КНБК.
• Формирование локальных уступов и изгибов ствола скважины в интервалах перехода от пластов одной твердости к другой; данные интервалы являются опасными с точки зре-ния самопроизвольной зарезки нового ствола скважины и наработки желобов.
• Проблема недостижения проектной механической скорости бурения высокоэффектив-ными долотами типа PDC ввиду наличия отрицательного опыта их применения в регионе из-за высокой «набухаемости» разбуриваемых глин.
• Проблема не допуска технической колонны Ø 245 мм до проектной глубины вследст-вие ее прилипания в интервалах проницаемых пластов с градиентами поровых давлений 1,05 — 1,07 при нахождении в скважине бурового раствора с проектной плотностью 1,75 г/см3.
• Бурение скважины под техническую колонну-хвостовик Ø 194 мм не вызывало трево-ги, так как должно было производиться в совместимых горно-геологических условиях. Проблемы качества цементирования в условиях малых зазоров и отсутствия возможности эффективной центровки в скважине компенсируются в какой-то степени установкой паке-рующего узла в подвеске хвостовика.
• Реальная опасность возникновения сложных проблем ожидала на этапе бурения и крепления эксплуатационной колонной Ø 140 мм. Прежде всего это связывалось с незна-чительной разницей между давлениями поглощения и пластовыми давлениями в продук-тивных горизонтах, которая составляет всего 30 — 40 кгс/см2.
• Достаточно серьезную проблему представляла необходимость проведения объемного комплекса геофизических исследований в открытом стволе скважины. Прежде всего, она связана с неизбежностью «нарезания» желобов каротажным кабелем в интервалах набора параметров траектории ствола скважины, в которых впоследствие происходит расклинка каротажного прибора при подъеме его из скважины либо возникают затяжки, величина которых превышает разрывное усилие каротажного кабеля или его ослабленного сечения.
Для решения обозначенных выше проблем Подрядчиком составлялись и согласо-вывались с Заказчиком, проектной организацией и супервайзерской службой детальные программы бурения каждого интервала, в которых описывались все характерные для дан-ного интервала проблемы и указывались пути их предотвращения.
Так, на этапе бурения скважины под кондуктор Ø 426 мм ожидались проблемы, связанные с недостаточной очисткой ствола скважины от выбуренной породы долотами Ø 490 мм, особенно при бурении до глубины 150 м. С целью разделения объема выбуривае-мой породы на равные части интервал 33 ÷ 650 м был пробурен долотом Ø 394 мм и впо-следствии расширен до диаметра 550 мм. Верхнюю часть интервала до глубины 150 м пробурили на сниженной до 30 ÷ 35 л/с производительности буровых насосов с целью предупреждения возникновения поглощений бурового раствора и грифонов. Процесс бу-рения и расширки вынуждены были периодически останавливать для очистки стола сква-жины от шлама, скапливающегося в направлении Ø 720 мм. Бурение интервала осуществ-лено на гуматном буровом растворе, явившемся основой для перехода на проектный гид-рофобизирующий буровой раствор «Силик». Крепление интервала 0 ÷ 650 м кондуктором Ø 426 мм выполнено успешно.
Для бурения под I техническую колонну в интервале 650÷1700 м был осуществ-лен перевод скважины на гидрофобизирующий буровой раствор «Силик», который не ап-робировался в ранее пробуренных скважинах. Данный раствор, несмотря на положитель-ные результаты лабораторных исследований, оказался не соответствующим вскрываемо-му разрезу. Бурение сопровождалось интенсивным процессом сальникообразования, за-тяжками и посадками бурильной колонны при СПО, многочисленными проработками. В результате при забое 1399 м были вынуждены скорректировать рецептуру бурового рас-твора, исключив из нее алюмокалиевые квасцы и политал, заменив их смазочной экологи-чески чистой добавкой (ФК-1), хорошо зарекомендовавшей себя при строительстве ранее пробуренных скважин. Дальнейшее бурение до глубины 1700 м проходило в нормальном режиме. Для набора параметров траектории ствола скважины с глубины 750 м использо-вали навигационное оборудование с кабельным каналом связи, которое в сложившихся в скважине условиях оказалось наиболее работоспособным.
Бурение скважины под техническую колонну Ø 245 мм в интервале 1700÷3225 м является наиболее сложным в технологическом отношении этапом строительства скважины. Буре-ние начинается на буровом растворе плотностью 1,24 г/см3 и заканчивается на буровом растворе плотностью 1,75 г/см3, при этом во вскрываемом разрезе присутствуют пласты высокопроницаемых песчаников с градиентами поровых давлений от 1,05 до 1,20 мощно-стью более 200 м. Основные проблемы прогнозировались после увеличения плотности бурового раствора до 1,30 г/см3 и выше. Активный процесс желобообразования значи-тельно усугубляет процесс бурения. Весьма проблематичным виделся спуск технической колонны до забоя. Для решения стоящей задачи применено навигационное оборудование с гидравлическим каналом связи, обеспечившим возможность набора параметров траекто-рии ствола скважины, включая участки стабилизации, без смены КНБК. Опробованы до-лота типа PDC 295,3 НСМ605Z и шарошечные долота 295,3 MXL-1 при бурении «рото-ром», забойным двигателем и комбинированным «турбино-роторным» способом (резуль-таты работы долот под 245 мм техническую колонну представлены в табл. 2, 3). Все эти меры являлись сопутствующими успешному бурению.
Показатели работы долот 295,3 НСМ605Z и 295,3 MXL-1
в скважине №1 Новая

1. долото 295,3 НСМ605Z: интервал бурения 1805 – 2012
Табл. 2.
Интервал бу-рения всего, м Про-ходка, м Время, час Средняя мех. ско-рость, м/ч Интервал правки, м Про-ходка, м Время, час Средняя мех. ско-рость, м/ч
1805-1835 30 5,5 5,4 1832-1833 1 1,25 0,8
1835-1903 68 21,5 3,16 1856-1861 5 2,5 2
1903-1913 10 4,75 2,1 1882-1885 3 1,75 1,7
1913-1967 54 12,5 4,3 1895-1899 4 3 1,3
1967-2012 45 18 2,5 1917-1921 4 3,5 1,14
 1805-2012 207 62,25 3,3 1929-1933 4 2,5 1,6
1957-1962 5 4,75 1,05
Итого без правки 177 40,25 4,39 (ВЗД+ротор) 2006-2010 4 2,75 1,45
Работа долота: 207м 62,25ч — В0П0Д0 ∑ 30м ∑ 22 часа 1,36 (ВЗД)

2. долото 295,3 MXL-1: интервал бурения 2012 – 2547
Табл. 3.
Интервал бу-рения, м Про-ходка, м Вре-мя, час Средняя мех. ско-рость, м/ч Интервал правки, м Про-ходка, м Вре-мя, час Средняя мех. ско-рость, м/ч
2012-2019 7 1,5 4,6 2043-2049 6 1 6
2019-2070 51 18 2,8 2054-2059 5 0,75 6,6
Итого без правки ∑47 ∑ 17,75 2,65 (ВЗД+ротор) 2420-2423 3 1 3
2070-2109 39 4,25 9,17 2432-2436 4 0,5 8
2109-2169 60 8,25 7,27 2469-2474 5 0,75 6,6
2169-2328 159 12,75 12,47 2481-2486 5 0,5 10
2328-2412 84 8,25 10,18 2493-2499 6 2,5 2,4
∑ 342 33,5 10,21 (ро-тор) 2505-2511 6 2,25 2,6
2412-2468 56 23 2,4 2518-2525 7 4,25 1,6
2468-2533 65 21 3,09 2531-2533 2 1,75
2533-2541 8 9,25 0,86 ∑45 м ∑ 16,25 2,77 (ВЗД)
2541-2547 6 10,25 0,58
Итого без правки ∑ 90 ∑ 50 1,8 (ВЗД+ротор)
 2012-2547 535 116,5 4,59 Работа долота: 535м 116,5ч — В3(С40)П2(К1)Д1

Основными мероприятиями являлись монтаж Системы верхнего привода 500 ECIS 9000 HP Top Drive System и ограничение плотности бурового раствора до мини-мально возможных с точки зрения устойчивости ствола скважины значений. При этом утяжеление бурового раствора производилось не по проекту, а в соответствии с имеющи-мися у Подрядчика данными по ранее пробуренным скважинам и по фактическому пове-дению ствола скважины. Критериями для очередного утяжеления служили появление признаков «сыпучки» на ситах, затяжек при отрыве долота от забоя, увеличение крутяще-го момента на долоте. При производстве работ активно использовались все возможности, предоставляемые Системой верхнего привода (СВП). Таким образом, удалось удержать плотность бурового раствора на уровне 1,40 г/см3 при требуемых в соответствии с ПСД 1,75 г/см3, пробурить интервал без особых осложнений и успешно произвести крепление обсадной колонной Ø 245 мм. Следует отметить, что сбой в работе СВП сразу же приво-дил к возникновению проблем в скважине. Так, при подъеме с глубины 2680 м после пла-нового увеличения плотности бурового раствора от 1,28 до 1,30 г/см3 на глубине 2335 м получен прихват бурильной колонны вследствие сгребания глинистой корки при подъеме КНБК в проницаемой части разреза. Бурильную колонну освободили расхаживаниями и работой Ясом в направлении сверху-вниз. Подъем бурильной колонны в башмак смогли осуществить только после восстановления работы СВП.
Для пуска в эксплуатацию системы верхнего привода 500 ECIS 9000 HP Top Drive System в составе буровой установки БУ-5000ДГУ, оснащенной комплексом меха-низмов АСП, специалистами филиала был предложен ряд инженерных решений по его адаптации:
• Адаптор подвески вертлюга — предназначен для подвески вертлюга АВ-320 на тале-вый блок УТБА-7-320.
• Иммитатор автоэлеватора — предназначен для обеспечения безопасных условий труда для ликвидации колебаний свеч бурильных труб при их подаче стрелой АСП на устье скважины и захвате гидравлическим элеватором СВП.
• Специальные хомуты-подвески — предназначены для крепления стабилизаторов ко-лебаний на адаптор подвески вертлюга.
• Изменено положение (высота) крепления грязевого шланга к стояку бурового мани-фольда для обеспечения свободного перемещения грязевого шланга при изменении высо-ты нахождения горловины вертлюга.
• Изготовлен S-образный патрубок на горловину вертлюга — предназначен для обеспе-чения крепления грязевого шланга с помощью хомута фиксации грязевого шланга на вертлюге.
• Изменена схема монтажа противозатаскивателя.
• Изменено крепление каната управления захватом АСП — предназначено для исклю-чения попадания каната АСП в зону открытия- закрытия гидравлического элеватора верх-него привода и устранения биения каната о верхний привод.
• Изготовлено приспособления для крепления талевой системы в подвешенном состоя-нии для ослабления натяжки талевого каната — предназначены для перепуска талевого каната.
Бурение скважины под потайную и эксплуатационную колонны прошло без ос-ложнений и особых замечаний. При этом особое внимание по-прежнему уделялось безус-ловному выполнению мероприятий по удержанию плотности бурового раствора на мини-мальных значениях, строгому регламентированию режимов промывок и скоростей спус-ка–подъема бурильной колонны в открытом стволе скважины, подбору КНБК достаточ-ной жесткости для подготовки ствола скважины Ø 215,9 мм под спуск безмуфтового хво-стовика Ø 194 мм без предусмотренной проектом расширки скважины. В результате реа-лизации разработанных мероприятий удалось провести бурение и крепление потайной ко-лонны Ø 194 мм на буровом растворе плотностью от 1,63 до 1,87 г/см3 при проектной 2,10÷2,16 г/см3 и закончить скважину на буровом растворе плотностью 1,98 г/см3 при проектной плотности 2,20 г/см3.
Позитивные результаты применения СВП:
• Увеличено время между отрывами долота от забоя в среднем от регламентированных 15 минут до 45 — 60 минут;
• Сокращено втрое количество регламентированных шаблонировок открытой части ствола скважины, что способствует снижению интенсивности процесса желобообразова-ния, уже сокращены затраты времени на профилактические мероприятия по предупреж-дению осложнений ствола скважины на 35%;
• Снижен риск получения осложнений вследствие неустойчивости стенок скважины и интенсивного процесса желобообразования.
Негативные результаты применения:
• Увеличение затрат времени на СПО в среднем на 50 — 60% вследствие замены авто-элеватора на систему СВП, что привело к невозможности использования комплекса меха-низмов АСП.
• Увеличение затрат времени на разборку-сборку КНБК на 150% из-за необходимости выброса на мостки УБТ большого диаметра (178 мм и более). Система верхнего привода не позволяет использовать штатные шурфы из-за опасности срыва направляющей СВП.
• Трудоемкость процедуры ремонта (замены) сальника вертлюга, прокладок на соедине-нии грязевого шланга с вертлюгом, обслуживания системы СВП вследствие необходимо-сти работы на высоте, при этом невозможно осуществлять постоянное расхаживание бу-рильной колонны при нахождении рабочих в опасной зоне.
• Опасность остановки буровой вследствие выхода из строя дизельгенераторной стан-ции 1000 кВт СВП.
• Увеличение затрат времени на 80 – 100% на плановые перепуски талевого каната.
• Опасность возникновения проблем в случае отказа (сбоя) в любом из узлов системы верхнего привода.
Извлеченные уроки из анализа строительства скважины №1 Новая.
• Конструкция скважины — предусматривает перекрытие неустойчивых глин кимме-рийских отложений технической колонной Ø 324 мм, что позволило избежать «стандарт-ных» осложнений, вызванных осыпями и обвалами стенок скважины после каждого этапа утяжеления бурового раствора при бурении под техническую колонну Ø 245 мм. Кроме того, конструкция скважины позволяет оперативно изменить глубину спуска технической колонны Ø 245 мм при появлении проблем при бурении интервала за счет изменения дли-ны хвостовика Ø 194 мм. Основной недостаток конструкции скважины — наличие интер-вала бурения под техническую колонну Ø 245 мм, представленного высокопроницаемыми пластами с градиентами поровых давлений от 1,05 до 1,34 и глинами сарматских отложе-ний в нижней части с градиентами поровых давлений до 1,60. Сложность решения про-блемы качества цементирования потайной и эксплуатационной колонн вследствие малых кольцевых зазоров и невозможности оснащения колонн эффективными центрирующими элементами.
• Буровые растворы — примененный гидрофобизирующий раствор «Силик» должен был способствовать предотвращению процессов сальникообразования и потери устойчи-вости стенок ствола скважины, увеличению механической скорости бурения. Однако, не-смотря на предварительную предпроектную проработку и полученные при этом хорошие результаты, данный тип бурового раствора оказался несовместимым с вскрываемой гли-нистой частью геологического разреза скважины. Вероятно, это произошло вследствие невозможности оценить химический состав глин и наличие в них концентрации и состава неотжатых (в связи с довольно-таки «молодым» возрастом) вод вследствие отсутствия промыслового материала. В результате вынуждены были перейти на апробированный лигносульфанатный тип бурового раствора согласно рецептуре Краснодарского филиала ООО «РН – Бурение», который, несмотря на имеющиеся недостатки, позволил успешно завершить строительство скважины. Необходимо продолжать подбор рецептур буровых растворов на основе промысловых данных, а не чисто математических моделей.
• Долотная программа Беккер Хьюз — в соответствии с разработанной долотной про-граммой для бурения интервала под техническую колонну Ø 245 мм предусмотрено при-менение долот 295,3 HCM — 605 Z (со вставками PDC) и, как запасной вариант, исполь-зование шарошечных долот. Отработка долота 295,3 HCM – 605 Z подтвердила наши со-мнения в успешности их применения во вскрываемом геологическом разрезе. Долото от-работало в интервале 1805 – 2012 м, всего пройдено 207 м за 62 часа. Механическая ско-рость бурения составила порядка 4 м/час и падала до 0,8 — 1,2 м/час в интервалах коррек-тировок траектории ствола скважины. Углубление скважины в интервале 2012 — 2412 м роторной КНБК трехшарошечным долотом 295,3 MXL-1, при этом средняя механическая скорость бурения составила 10,2 м/час, достигая 18 м/час в отдельных интервалах. С глу-бины 2412 м до 2547 м бурение осуществлялось долотом 295,3 MXL-1 КНБК с забойным двигателям с правками по азимутальному углу в интервалах протяженностью по 5 — 6 м., при этом средняя механическая скорость бурения составила порядка 2,8 м/час. Долото 295,3 MXL-1 отработало в интервале 2012 — 2547 м, всего пройдено 535 м за 116,5 часа, сработка долота В3(С40) П2(К1) Д1. В сравнении с примененными в аналогичных услови-ях скважины №1 Грущаная долотах 115/8 FJT 127 GC данное долото при сопоставимой стойкости показало увеличенную в 1,5 — 2 раза механическую скорость бурения.
Выводы:
• При бурении под техническую колонну Ø 245 мм целесообразно применять шарошеч-ные долота с фрезерованным вооружением.
• При проводке ориентированного наклонно-направленного ствола скважины руково-дствоваться не строгим копированием проектной траектории, а подбором роторных КНБК для бурения скважины в пределах проектного профиля с минимальным количеством ин-тервалов корректировок фактической траектории ствола скважины.
• Необходимо продолжить выбор типов высокоэффективных долот.
• Геофизические исследования в открытом стволе. Наиболее безопасным для условий наклонно-направленного ствола скважины протяженностью свыше 400 м является прове-дение геофизических исследований через бурильные трубы, оснащенные геофизической воронкой. Такой способ позволяет оперативно переподготавливать ствол скважины при появлении недоходов и затяжек геофизических приборов вследствие нарезания желобов каротажным кабелем. Однако этот способ также не гарантирует от прихватов геофизиче-ских приборов в результате зарезки каротажного кабеля в желоб, ограничивает объемы проводимых исследований ввиду конструктивных особенностей геофизических приборов, не безопасен с точки зрения прихвата бурильной колонны, находящейся в открытом ство-ле.
Строительство скважины №1 Новая дало огромный промысловый материал, ко-торый уже при первичной обработке специалистами Краснодарского филиала ООО «РН – Бурение» позволил определить основные направления работы по повышению коммерче-ских скоростей при строительстве аналогичных скважин. Для части выявленных проблем решения уже найдены, работа по решению остальных продолжается.