К оглавлению журнала

 

УДК 622.24:622.276.05

© О.В. Виноградова, Н.С. Толстой, 1990

Горизонтальное бурение при эксплуатации месторождений нефти

О.В. Виноградова, Н.С. Толстой (ВНИИзарубежгеология)

Применение горизонтального бурения при эксплуатации нефтяных месторождений – важнейшее технологическое достижение нефтегазовой промышленности последнего десятилетия. В последние пять лет эта технология получила широкое развитие. Если в 1980–1984 гг. ежегодно бурилось не более одной-двух горизонтальных скважин, причем только в США, то в 1988 г. их число в целом по миру превысило 200, и такой же уровень бурения ожидается к началу 1991 г.

Соответственно с накопленным к настоящему времени опытом наиболее целесообразно применение горизонтальной проходки при ведении добычи из коллекторских толщ с высокой вертикальной трещиноватостью, из маломощных коллекторов, с целью интенсификации слабопроницаемых пластов и др. Технология горизонтального бурения эффективна и при решении ряда технических проблем, например, в случаях частых обводнений и прорывов газа. При горизонтальной проходке в призабойной зоне перепады давления существенно уменьшаются, что при соответствующем контроле дает возможность фактически полностью избегать засасывания воды и газа в пласт при его вскрытии. При традиционной эксплуатации пласта вертикальной скважиной нефть отбирается из значительно меньшего по объему участка, чем при горизонтальной проходке, что приводит к сравнительно более частому прорыву воды и газа в пласт.

Одно из существенных преимуществ горизонтальной проходки – возможность обходиться значительно меньшим числом эксплуатационных скважин, что имеет немаловажное экологическое значение. В качестве примера можно привести месторождение Прадхо-Бей на Аляске, где одна горизонтальная скважина по объему добычи соответствует четырем вертикальным.

До 1989 г. горизонтальные скважины, как правило, использовались только на нефтяных месторождениях, однако по причинам не технического, а экономического характера. Фактически эффективность их применения на газовых месторождениях даже выше, чем на нефтяных, и предполагается, что со временем они будут широко применяться на малорентабельных месторождениях газа, в частности на шельфе. Одним из примеров опыта использования горизонтальных скважин на газовых месторождениях может служить пробуренная и испытанная в 1989 г. компанией Коноко скважина Дьюнхантер на месторождении Норт Вальянт в южной части британского сектора Северного моря. Стоимость бурения горизонтальной скважины выше, чем традиционной вертикальной в Северном море на 35 %. Однако, приток газа во время испытаний нетрадиционной скважины был в 3 раза больше, и, когда скважина будет введена в промышленную эксплуатацию, уровень добычи, как ожидается, будет еще выше. В настоящее время большая часть горизонтальных скважин бурится в США. Однако в последние годы метод получил широкое распространение во многих регионах мира. Так, в Канаде горизонтальное бурение преимущественно применяется при добыче тяжелой нефти (в сочетании, с вертикальными нагнетательными скважинами). В Западной Европе они успешно используются для решения проблем, связанных с возникновением конусов обводнения (голландский сектор Северного моря), при проходке трещиноватых пород, при проведении добычи в низкопористых, интенсивно трещиноватых известняках (месторождение Роспо Маре, Италия), для интенсификации нефтеотдачи пласта на истощающихся месторождениях (Франция). В Западной Европе разработан способ добычи нефти из двух маломощных продуктивных пластов методом “ступени”, т. е. из скважины с двумя горизонтальными участками, где пласт-коллектор расположен на разной глубине.

Метод горизонтального бурения в последние два года успешно применяется в Дании. На месторождении Дан в течение 1988–1989 гг. было пробурено шесть горизонтальных скважин, еще три – в 1990 г., в результате чего в 1991 г. ожидается рост добычи нефти от 3,8 до 5,1 тыс. м3/сут. На месторождении намечается установить вторую стационарную платформу и пробурить с нее вторую серию из девяти горизонтальных скважин. Ведется подготовка к разработке месторождений Валдемар и Крака с использованием горизонтальных скважин. В случае положительных результатов испытаний на первой горизонтальной скважине каждого из них может быть установлена стационарная платформа, с которой будут пробурены шесть горизонтальных скважин.

На Ближнем и Среднем Востоке горизонтальные скважины используются для увеличения коэффициента извлечения нефти из однородных слабопроницаемых коллекторов, на Дальнем Востоке и в Австралии – для разработки относительно маломощных нефтяных пластов в глинистых сланцах. Результаты применения технологии горизонтального бурения в различных регионах мира показаны в таблице.

В горизонтальных скважинах сложнее проводить геофизические исследования и перфорационные работы. В 1985 г. в Хьюстоне была разработана гибкая колонна насосно-компрессорных труб, посредством которой в скважину на многожильном кабеле вводятся аппараты и инструменты для исследований. Колонна задавливается в ствол скважины на нужную глубину с помощью специального устройства. Передача данных от погруженного в скважину прибора на ЭВМ, установленного на ее устье, осуществляется по кабелю, при этом каротажная или перфорационная кабельная головка перед продавливанием в скважину закрепляется на конце гибкой колонны НКТ посредством конусных соединителей с заданными параметрами разъединения.

Этот метод успешно опробован с начала 1985 г. в ФРГ в специально для этого пробуренной горизонтальной скважине Беркхопен 2001 с длиной горизонтального участка 183 м. На ней были проведены гамма-каротаж, акустическая цементометрия и локация муфт. Позднее метод опробовался во Франции на месторождении Шаторенар, длина горизонтального участка 200 м, осуществлены гамма-каротаж и локация муфт. В 1986 г. подобный комплекс работ был проведен на Прадхо-Бей (Аляска) и в ряде скважин на шельфе Калифорнии.

Расширяющееся использование горизонтального бурения стимулировало разработку новых видов бурового оборудования и контрольно-измерительных приборов. Так, американской фирмой “Бакер Ойл Тулс” созданы новые типы хвостовиков для зональной изоляции участков горизонтального ствола скважины. В шт. Техас в скв. WM Schrock 38 № 7 фирмой “АРКО Ойл энд Гэс” были использованы трубы упрощенной конструкции со специальными износостойкими выпуклыми поясами, которые обеспечивают уменьшение площади поверхностного трения трубы о стенки скважины. Для предотвращения поглощения бурового раствора была приготовлена специальная нефтеэмульсионная смесь плотностью 0,890 г/см3.

Применяющиеся при традиционном вертикальном бурении контрольно-измерительные приборы обычно основываются на механическом и гидравлическом методах, что в случае горизонтальных скважин оказалось неэффективным. Для них разработаны и успешно применяются электромагнитные устройства. Например, недавно созданная электромагнитная система управления скважинным предохранительным клапаном содержит компактную антенну на забое. Она увеличивает электромагнитный сигнал, посылаемый с поверхности и принимаемый электронным блоком на забое, управляющим работой клапана. Энергопитание обеспечивается забойной батареей, находящейся в эксплуатации 15–17 мес.

При проектировании горизонтальной скважины большое внимание уделяется подготовительному периоду: выбору места и глубины заложения, учету коллекторских свойств пласта, давлению и температуре, типу резервуара и химическим свойствам УВ-флюида. На основе этих данных выбирается конструкция скважины, включая темпы набора кривизны, метод заканчивания и режим эксплуатации.

По мере накопления опыта стоимость горизонтальной проходки снижается. В настоящее время отношение прироста добычи в горизонтальной скважине относительно вертикальной к приросту стоимости проходки во многих случаях превышает единицу. В качестве примера можно привести расчет стоимости типичной горизонтальной скважины на месторождении Гиддингс (шт. Техас, США). На нем были перебурены 20 старых вертикальных скважин с применением горизонтальной проходки интервалов протяженностью 90–375 м. Общая стоимость такой скважины составляет 375 тыс. долл. Стоимость бурения горизонтального участка равна в среднем 330– 500 долл./м. Горизонтальный интервал протяженностью 200 м бурится 4–5 дней. Начальный уровень добычи обычно превышает 20 т/сут, в наиболее продуктивных скважинах – 70 т/сут и сохраняется в течение нескольких недель. Срок окупаемости затрат, включающих и лицензионный сбор в размере 1500 долл./мес, обычно составляет от 2 лет до 3–4 мес.

Рекордно низкая удельная стоимость горизонтального бурения в 1989 г. в США была 201,75 долл./м.

Экономическая целесообразность горизонтальных скважин особенно отчетливо проявляется в экологически сложных районах, а также на месторождениях, расположенных на территории заповедников, в черте городов, в стратегических районах и т. п. В районах многолетнемерзлых пород горизонтальная проходка позволяет значительно снизить площадь промыслового участка, что повышает рентабельность месторождения. В прибрежных экваториальных районах применение горизонтальных скважин позволяет вести эксплуатацию морских месторождений с берега, что снимает необходимость сооружения искусственных островов или использования дорогостоящих буровых платформ. В удалении от берега при морской разработке месторождений горизонтальное бурение позволяет обходиться значительно меньшим числом эксплуатационных скважин.

Горизонтальная проходка дает возможность осваивать залежи на периферии структур, на их крыльях и в небольших по размеру приразломных блоках, что увеличивает объем извлекаемых запасов УВ на уже выработанных или считавшихся ранее нерентабельными месторождениях.

Американской фирмой “Petrolphisics Ltd” в последнее время разработана новая технология многозабойного радиального бурения горизонтальных стволов в предварительно пробуренной вертикальной скважине. Этой фирмой предложен новый метод освоения старых истощенных месторождений с использованием ранее пробуренных вертикальных стволов, из которых бурятся радиальные горизонтальные ответвления. Этот метод уже применялся при бурении 500 горизонтальных стволов, общая протяженность которых превысила 8230 м.

Abstract

Horizontal drilling has been a major technological breakthrough of the current decade in petroleum industry. In a variety of applications in oil fields, the method has been successfully used to imrove production, to reduce water coning problems, to produce heavy oils, to carry out production from natupally fractured formations, etc. Over the past 5 years, horizontal development wells have come into practice in many regions around the world.

Страна, месторождение, компания, год

Длина горизонтального участка скважины, м

Результат

Примечание

США, шт. Мичиган Trendwell Oil Corp., 1988

75

Сухая скважина переведена в разряд продуктивной с уровнем добычи более 80 т/сут

Проходка Ниагарского рифа

США, шт. Юта, Skyline Oil Co, 1988

66 и 143

Нефть в значительных количествах получена в 6 из 7 непродуктивных скважин

Пласты с вертикальной трещиноватостью

США, бассейн Уиллистоун, свита баккен, скв. 33-11, 1988

600–900

Увеличение уровня добычи до 35 т/сут по сравнению с добычей в соседних вертикальных скважинах (8 т/сут)

 

США, шт. Северная Дакота, Пьер-Крик, скв. 43-36 Стрейт, 1988–1989

1028

Рост уровня добычи

США, шт. Техас, Пирсолл, скважина Хатч 1, 1989

380

Пересечение множества крупных трещин в пласте-коллекторе, увеличение продуктивности

 

США, Прадхо-Бей, 1985–1986. Standard Alaska Production Co

300–480

Повышение уровня добычи в 3,5 раза по сравнению с вертикальными скважинами. Продолжительность бурения 31 – 48 сут

 

США, шт. Техас, скв. WM Schrock 38N7, 1987

360

Значительное увеличение нефтеотдачи пласта без применения гидроразрыва, необходимого здесь в вертикальных скважинах

 

США, шт. Техас, Гиддингс, 1987–1988

565

Сокращение сроков бурения до 41 сут (вертикальной скважины – 51 сут), начальный уровень добычи 812 т/сут

Месторождение на пределе рентабельности

Дания. Дан, 1988

450–750

Повышение уровня добычи в 2 – 4 раза по сравнению с соседними вертикальными скважинами

 

Нидерланды, Северное море, Коттер, 1988

134–413

Замедление снижения пластового давления, повышение уровня добычи

Италия, Роспо Маре, 1987–1988

480–600

Повышение уровня добычи в 7 – 10 раз

Индонезия, Яванское море, Бима, компания АРКО

300–750

Возрастание продуктивности девяти горизонтальных скважин в среднем в 5,4 раза по сравнению с вертикальными на том же месторождении

Маломощный пласт

Канада, провинция Альберта, Пеликан

519

Значительное увеличение добычи

Канада, провинция Альберта, Esso Resources Ltd.

1204

Рост добычи в 9 раз

Добыча тяжелой нефти

Аргентина, провинция Неукен, скв. Ch SN 51 PoHor, 1988

138

Увеличение уровня добычи в 1,5 раза

 

Аргентина, провинция Неукен, Лома-де Лата, 1989

120

Рост добычи газа в 6 раз

 

Сайт создан в системе uCoz