Технология строительства многоствольных скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология строительства многоствольных скважин

Под термином «многоствольная скважина» понимается скважина, в состав которой входит несколько стволов, отходящих от основного. Преимуществом такого бурения является повышенный коэффициент охвата. Без многоствольных скважин объемы добычи нефти в мире были бы значительно ниже, так как часто нет технической возможности провести бурение новых скважин с поверхности, или если расходы на проект окажутся излишне высокими. Особенно актуальна технология строительства многоствольных скважин для нефтедобывающих платформ (не хватает слотов для бурения).

Что такое многоствольные скважины?

Несмотря на то, что первые патенты на технологию многоствольного бурения были зарегистрированы еще в 20-х годах прошлого века, данный метод нефтедобычи продолжает развиваться до сих пор. Сейчас в мире действуют тысячи скважин, построенных по многоствольной технологии. Три основных разновидности таких скважин:

· стандартные эксплуатационные;

· уплотняющие;

· боковые стволы, отходящие от центрального ствола.

Если многоствольная скважина пробурена в удачном месте, по эффективности она способна превзойти сразу несколько традиционных аналогов. Вместе с этим сокращаются затраты на строительство, повышается эффективность работы, нефть из пласта поступает быстрее и в больших объемах. Грамотная реализация технологии многоствольного бурения позволяет более качественно проводить разработку месторождений и заметно повысить показатель КИН (коэффициент извлечения нефти). Соответственно, экономическая эффективность скважин не подвергается сомнению.

Способов реализации технологии очень много. Особенно часто она используется в случаях, когда необходимо провести разведку крутопадающих залежей. В таких условиях каждый ствол искривляется по естественному направлению. Схемы сильно различаются между собой - основной ствол по отношению к боковым может находиться выше, ниже или посередине. Получается сложная структура скважины, в каждом конкретном случае многоствольное бурение скважин ведется по индивидуальному проекту, с учетом особенностей месторождения.

Многоствольное бурение на новых и действующих месторождениях

В большинстве случаев многоствольное бурение используют при разведке нового месторождения. Если применение технологии признается целесообразным, она используется уже в промышленных целях. Ранее возможности были ограничены несовершенством оборудования, но сейчас технология рассматривается как надежная и проверенная - ее используют повсеместно.

Быстрое развитие многоствольного бурения объясняется также истощением действующих крупных месторождений, где большие объемы нефти располагались в достаточно крупных полостях горных пород. Значительная часть действующих сейчас месторождений - это множество изолированных полостей, получить к ним доступ с помощью обычных одноствольных скважин очень сложно и экономически нецелесообразно. В то же время многоствольные скважины позволяют вывести в один ствол нефть из нескольких полостей одновременно.

Строительство скважин по многоствольной технологии дает следующие преимущества:

· Снижается общая стоимость работ, так как вначале проводится бурение до рабочей глубины, после чего добавляются горизонтальные ответвления.

· Увеличивается объем нефти, извлекаемой в расчете на одну платформу - соответственно, повышается и экономичность.

· Наличие нескольких стволов позволяет разрабатывать коллектор на большей площади.

· Можно с большей точностью оценить текущие объемы запасов. Применение многоствольных скважин делает выгодной разработку даже маргинальных месторождений.

· Меньше скважин с поверхности, за счет чего отрицательное влияние на окружающую среду снижается.

· Буровые раствор и шлам утилизируются в меньших объемах.

Перспективное решение - строительство многоствольных скважин на основе уже имеющихся в действующем фонде (для повышения экономической эффективности). Увеличивается охват разрабатываемых объектов, тогда как расходы снижаются - уже есть основа в виде пробуренных скважин и сопутствующей инфраструктуры.

Для бурения на морских платформах альтернативы многоствольной технологии практически нет - исходное количество скважин ограничено, и повышения эффективности можно добиться только за счет дополнительных стволов-ответвлений.

Технология строительства многоствольных скважин

Несмотря на хорошо отработанные методы проектирования и строительства, многоствольное бурение скважин - это масштабный и ресурсоемкий проект. По этой причине на начальном этапе проводится тщательная оценка коллектора. Основные характеристики коллекторов, указывающие на целесообразность многоствольного бурения:

· Изолирование скопления углеводородов в коллекторе.

· Линзовидная форма коллектора, не допускающая использования одной горизонтальной или вертикальной скважины.

· Обилие природных трещин в коллекторе, или достаточная проницаемость только по одному направлению.

· Разработка с заводнением. В данном случае основную законченную скважину эксплуатируют в качестве нагнетательной, тогда как продуктивными будут боковые ответвления. Возможен и обратный вариант, когда именно боковые стволы используются для нагнетания давления.

· Количество скважин, предусмотренных на добывающей платформе, не позволяет проводить разработку с ожидаемой эффективностью.

Для многоуровневых месторождений с несколькими нефтеносными пластами технология строительства многоствольных скважин является оптимальной. Допускается устройство нескольких ответвлений в один пласт, что улучшает его вскрытие, не менее распространена и кистевая форма, позволяющая вскрывать пласты на нескольких уровнях. В рамках одного пласта многоствольное бурение используется преимущественно для увеличения дренажной площади (параллельные или веерные ответвления).

Преимущества технологии строительства многоствольных скважин:

· Возможность использования независимо от сложности геолого-технических условий.

· Скважина может заканчиваться боковыми стволами, с погружением цементируемого хвостовика (или хвостовика-фильтра, без цементирования) в продуктивную зону. При необходимости можно оставить пласт в открытом состоянии.

· Одновременная работа с несколькими продуктивными зонами, даже если их параметры различаются.

· Удержание ствола в стабильном состоянии на продолжительный срок.

Из недостатков можно выделить достаточно высокую стоимость бурения, что связано с необходимостью использования дорогостоящего оборудования. В российских условиях это означает, что при выходе оборудования из строя бурение может остановиться на несколько месяцев. Данные факторы - главная причина, по которой в России нефтедобыча по многоствольной технологии все еще недостаточно развита.

многоствольный скважина бурение технологический

Экономическая эффективность многоствольных скважин

В ряде случаев многоствольное бурение скважин делает более быстрой и менее затратной разведку нового месторождения. Экономическая эффективность многоствольных скважин проявляется во всем:

· Сокращается время, необходимое на разведку месторождения.

· Объемы работ снижаются на 20-30 процентов (монтаж и демонтаж оборудования, подведение электричества, воды).

· Изменяется методика ведения разведки, требуется меньшее число исходных скважин.

· Требуется меньше оборудования и инфраструктурных сооружений, сокращаются расходы на обслуживание нефтедобывающего комплекса на месторождении.

Экономическая эффективность строительства многоствольных скважин обеспечивается за счет того, что расходы на бурение и заканчивание становятся меньше, тогда как объемы добычи возрастают. Повышается эффективность дренажа коллектора. Можно получить большее количество сырья при меньшем количестве скважин. Общие затраты на разведку и разработку ниже, достигается экономия на инфраструктуре.

Дополнительный фактор, указывающий на экономическую эффективность многоствольных скважин - возможность их строительства на базе уже действующих стволов. Бурение с поверхности здесь не требуется, можно создать ответвления к пластам, которые ранее были пропущены.

Многоствольное бурение позволяет повысить продуктивность давно разрабатываемых месторождений нефти и с максимальной эффективностью организовать разработку новых.

Бурение многозабойных горизонтально-разветвленных скважин

Наклонно-направленные многозабойные скважины - это скважины, которые состоят из нескольких стволов, изначально ответвляющихся от одного общего. Наклонными они называются из-за того, что для бурения дополнительной ветви следует сделать отклонение от первоначальной. Если же многозабойная скважина является горизонтально-разветвленной, показатель зенитного угла при бурении доходит до 90 градусов. Бурение многозабойных горизонтально-разветвленных скважин применяют для повышения эффективности добычи и максимальной разработки пластов месторождений.

Что такое многозабойная горизонтально разветвленная скважина и где она применяется?

Строительство многозабойной скважины предполагает бурение нескольких ответвлений от основного ствола. Эти ветви совсем не обязательно будут продуктивными. Их функция может быть и в нагнетании достаточного давления для извлечения нефти из пластов. Если нефтяное месторождение находится на мощных доломитовых пластах, характеризующихся вертикальной трещиноватостью, горизонтально-разветвленные скважины позволяет значительно повысить объемы добычи. Наибольшая эффективность достигается при подпоре залежи водой.

На больших площадях переслаивающихся песчаников горизонтально-разветвленные многозабойные скважины тоже показывают свою эффективность. Естественно, что промышленная проводка и эксплуатация начинаются только после того, как будут выполнены геофизические исследования. Если геологические условия участка на определенной глубине являются схожими, достаточно изучить только один вертикальный ствол. Ответвления проверяются более тщательно, с оценкой углов наклона и протяженности стволов.

Для бурения многозабойных скважин используется стандартное буровое оборудование. По ряду параметров определяются оптимальные показатели грузоподъемности и мощности такой техники. Учитываются силы сопротивления, возникающие при резком искривлении и в стволах с горизонтальным направлением. Правильное соблюдение данных критериев гарантирует корректную работу обсадной и бурильной колонны. Три основных требования к конструкции многозабойной скважины:

· свободный проход по стволу скважины к забоям;

· должна быть предусмотрена возможность для интенсивных искривлений в любой части ствола;

· возможность крепления любого интервала скважины с помощью обсадных труб.

Кроме того, строительство ствола должно обеспечивать возможность выполнения геофизических исследований.

Особенности конструкции многозабойных скважин

Строительство многозабойных скважин позволяет реализовать все возможности технологий, в рамках которых происходит направленное и горизонтальное бурение. Нефть извлекается из стволов, максимально приближенных к вертикальному направлению, тогда как остальные ветви используются в качестве дренажных каналов - по ним добываемое сырье поступает к главному стволу из отдаленных нефтеносных участков пласта.

В процессе разработки месторождения могут оставаться трещины и линзы с высокой продуктивностью - многозабойные горизонтальные скважины могут использоваться для извлечения нефти на таких участках. Многозабойные скважины могут существенно различаться по форме - бурение ответвлений возможно на любом участке основного ствола, допускаются различные искривления и углы отклонения. При необходимости возможно создание не горизонтально-направленных скважин, а с определенным наклоном к пласту. Выделяются следующие типы многозабойных скважин:

· наклонно-направленные разветвленные;

· горизонтально-разветвленные скважины;

· радиальные скважины.

Даже если многозабойная скважина горизонтально-разветвленная, это не значит, что стволы являются горизонтальными на всей своей протяженности. Бурение многозабойных горизонтально-разветвленных скважин проходит по той же технологии, что и наклонных, а зенитный угол достигает 90 градусов только к завершающему интервалу.

Для выбора разветвления необходимо ориентироваться на толщину, которую имеет продуктивный пласт. Кроме того, значение имеет и литологическая характеристика. Нужно учитывать пласты, которые до начала разработки должны быть изолированы. Профиль и другие параметры ствола (длина, количество ветвей) многозабойной горизонтальной скважины определяют по следующим критериям:

· уровень неоднородности нефтеносного пласта;

· толщина пласта;

· литология;

· устойчивость разреза;

· твердость пород в пласте и ее распределение.

Перед строительством многозабойной скважины проводится комплексный анализ месторождения, с рассмотрением всех геологических и технических условий. На основании результатов такого анализа разрабатываются рекомендации, относящиеся к определенному месторождению.

Технология многозабойного бурения скважин

Многие коллекторы долгое время считались низкопродуктивными, так как технологии одноствольного бурения не показывали достаточной эффективности - вплоть до полного отсутствия рентабельности. Строительство многозабойных горизонтальных скважин решает эту проблему, причем строительство не только «с нуля», но и на основе уже действующих стволов. Использование горизонтальной технологии позволяет решить следующие задачи:

· Сокращается количество скважин на месторождении, что особенно важно при разработке залежей на шельфе. На суше также сокращается строительство инфраструктуры.

· Увеличиваются объемы добычи, повышается нефтеотдача пласта.

· Скважины обводняются намного медленнее.

· Эффективная работа с пластами с низкой проницаемостью, с линзовидными залежами, с большой вертикальной трещиноватостью.

· Простое и надежное поддержание давления внутри пласта.

Если кривизна многозабойной горизонтальной скважины превышает 190 метров, такой радиус считается большим. Строительство ведется со значительным отклонением от вертикального направления, а протяженность ствола по горизонтали может достигать 1,5 километра. Радиус кривизны в пределах от 60 до 190 метров считается средним, оптимальная длина ствола здесь составляет от 450 до 900 метров. Малая протяженность ответвления способствует повышению экономичности скважины, так как ствол точно попадает в нужный участок.

Когда разрабатываемый пласт достаточно большой по толщине - от 100 метров и более - строительство многозабойных горизонтальных скважин может вестись в несколько уровней. Данная разновидность технологии часто применяется для пластов, содержащих нефть с высокой вязкостью. Средний уровень ответвлений при этом используется для закачки теплоносителя, а остальные - непосредственно для отбора добываемого сырья.

Строительство многозабойной скважины

Методы строительства многозабойных скважин могут существенно отличаться в зависимости от конкретного месторождения и его геологических характеристик, но общая технология остается практически неизменной. Порядок действий выглядит следующим образом:

· К продуктивному пласту бурится традиционная скважина.

· Уже в самом пласте пробуриваются горизонтальные ответвления, с первоначальным строительством ствола, имеющего максимальный угол отклонения.

· Строительство остальных стволов - последовательное, от нижнего к верхнему.

Большое количество стволов допускается только в пластах с высокой устойчивостью пород. Если же породы неустойчивые, допускается строительство только одного ответвления, которое будет входить в пласт горизонтально. На участке зарезки верхнего из ответвлений монтируется обсадная колонна. Приведенная технология строительства многозабойных скважин является наиболее распространенной и надежной, она давно показала свою высокую эффективность. Изменения возможны при нестандартных условиях - например, при разработке пологих пластов.

Каждая нефтедобывающая компания стремится к максимальной экономической эффективности при разработке месторождений, и потому базовые технологии строительства многозабойных скважин постоянно совершенствуются. Главное направление разработок на сегодняшний день - технологии, позволяющие возвращать скважины к горизонтам на разных уровнях, чтобы добыть максимального извлечения нефти. По сути, компания разрабатывает новое месторождение, но уже располагает на этом участке всей необходимой инфраструктурой.

Бурение боковых стволов скважин

Среди современных методов по разработке нефтяных и газовых месторождений большую роль играет такое решение, как бурение боковых стволов скважины. Их использование позволяет решить большой спектр проблем, связанных с разведочными работами на месторождении, добыче из труднодоступных мест, текущим и капитальным ремонтом, а также реконструкцией скважин после длительной добычи полезных ископаемых. Технология бурения боковых стволов скважин подразумевает несколько способов осуществления работ, которые выбирают, исходя из геологических характеристик залежей и финансово-экономических возможностей.

Бурение боковых стволов нефтяных скважин

Для данного процесса используются специальные вырезающие приспособления, отклонители клинового типа, райбер-фрезеры, разъединяющие устройства и другая техника. Строительство боковых ответвлений возможно из колонн с диаметром от 114 до 245 мм. На сегодняшний день этот метод является одним из лучших вариантов ремонта заброшенных скважин и увеличения продуктивности работы на малодебитных месторождениях нефти и газа.

Работы по бурению боковых стволов проводятся при помощи шарошечных, зарезных и режущих долот, оснащенных твердосплавным оборудованием, алмазными и комбинированными приспособлениями для пробуривания сплошного типа, а также бицентрических долот для ступенчатой обработки. В процессе также применяют турбинные, электрические и винтовые моторы, скребки для очистки стенок колонн, вырезающие приспособления для обработки обсадного ствола, клиновые отклонители для новой зарезки, различные типы фрейзеров.

Главное преимущество, которое предоставляет технология бурения боковых стволов скважин, заключается в отсутствии необходимости подведения новых коммуникаций, снижении затрат на технику и расходные материалы. Кроме того, данные работы позволяют минимизировать негативное влияние на окружающую среду. В ходе работ не понадобится отводить территорию под обустройство скважин, как в случае с бурением вертикального ствола, потребуется минимум материалов. Сам процесс бурения осуществляется при помощи мобильного оборудования.

Цена таких работ намного ниже, чем затраты на создание новой вертикальной скважины. Согласно подсчетам, строительство 150 боковых стволов позволяет получить более полумиллиона тонн полезных веществ уже спустя 3 года после начала их работы.

Главной особенностью создания боковых стволов является невысокая скорость (3-5 м/ч) и малая степень проходок в расчете на долото. Рейсовая скорость бурения составляет 15-20 м в сутки, что важно учесть при формировании графиков работ.

Зарезка боковых стволов скважин

Технология зарезки боковых стволов скважин является одним из самых продуктивных методов, который позволяет повысить добычу нефтепродуктов на залежах с давней историей разработки и продолжить эксплуатацию скважин, не поддающихся восстановлению иными способами. Создание боковых стволов позволяет вовлечь в добычу не задействованные слои и участки, обеспечивает доступ к трудным локальным скоплениям полезных ископаемых, которые нельзя достать путем вертикального бурения.

Важным достоинством, которым обладает технология зарезки, является увеличение нефтеотдачи, поэтому способ можно применять вместо уплотнения. Использование таких работ позволяет сэкономить на освоении месторождения.

Сама технология зарезки боковых стволов скважин подразумевает применение разных способов работы: это может быть вырезание части колонны, клиновое бурение с отклонением. Стоит отметить, что использование боковых стволов одинаково эффективно для всех известных видов месторождений, при этом себестоимость добытых продуктов будет ниже, и окупаемость строительства осуществляется в течение 2 лет или быстрее.

Чтобы увеличить протяженность ствола, можно использовать скважины с несколькими горизонтальными отклонениями. Зарезка боковых стволов также совмещается с гидроразрывом пласта, созданием пологих скважин и другими технологиями, в результате чего эффективность разработки месторождения многократно увеличивается, а затраты на работу снижаются.

Технология бурения боковых стволов скважин

Всего выделяют две методики, которые используются при зарезке боковых стволов для скважин, не разрабатывающихся долгое время: это вырезание части колонны и клиновое бурение. К первой разновидности работ относится и строительство скважин с выводом нецементированной колонны с созданием полноразмерного основного ствола.

Классическим решением считается вырезание участка нефтяной колонны, т.е. участка с нужной протяженностью, благодаря чему становится возможным устранить магнитометрические датчики телеметрического оборудования, используемого для регулировки стволовой траектории, от магнитной массы. Метод подразумевает существенные потери времени:

· Шанс, что вырезание участка пройдет в течение одного спуска оборудования, крайне мал, и потребуется регулярная смена устройства для вырезания.

· Технология требует монтажа дополнительного мостового элемента, на котором производится наращивание основного цементного моста в дальнейшем.

· Процедура наработки желоба и бурения ствола длится довольно долго, поскольку применяются инструменты с небольшим диаметром.

· Возможно появление такой проблемы бурения боковых стволов скважин, как затрудненность прохождения долота при большом зенитном угле: работа трубореза способствует сильному износу и повышает опасность поломки.

Поскольку большая часть современных скважин имеет наклонную конструкцию, а точка зарезки определяется на криволинейном отрезке, азимут можно вычислить заранее. По этой причине нецелесообразно вырезание большого куска колонны, поскольку длина должна быть такой, чтобы обеспечить выход бурильной колонны. Таким образом, протяженность вырезанного куска варьируется в пределах 6-10 метров, и точный показатель зависит от диаметра трубы и ряда проектных факторов.

Проблемы бурения боковых стволов скважин

Помимо названных выше трудностей, существуют такие трудности в бурении боковых скважин, как высокая степень обводненности при строительстве: немалый процент таких стволов начинает заполняться пластовыми водами, содержание которых не могло было быть спрогнозировано заранее. Также некоторые скважины имеют довольно малый дебит, и боковое бурение не способно увеличить продуктивность. Более эффективным может считаться сочетание методов (ГРП, другие методы увеличения производительности), однако это требует больших затрат по времени и средствам.

На сегодняшний день требуется развитие технологий и оборудования для создания нескольких стволов для одной скважины обсадного типа. Достаточно острой считается и проблема цементирования скважинных хвостовиков, поскольку кольцевые зазоры имеют небольшой размер. Современные исследователи предпринимают попытки создать расширители для твердотелых пластовых пород, пакерующие устройства для малых хвостовиков, и существует шанс, что проблемы будут решены при положительных результатах данных работ.

Размещено на Allbest.ru