Горизонтальные и разветвленно-горизонтальные скважины

Книга Бурение горизонтальных скважин

Краткий исторический обзор проблемы

В своем докладе "Горизонтальные и разветвленно-горизонтальные скважины - рычаг повышения производительности и нефтеотдачи пластов" (1991 г.) почетный член Академии Естественных наук РФ Н. К. Байбаков подробно осветил состояние дел по этой проблеме в России и за ее пределами. Поэтому воспользуемся некоторыми сведениями из его доклада. Этот метод впервые разработан и успешно реализован в отечественной практике в начале 50-х гг., однако, в дальнейшем он к сожалению не получил широкого применения.

Первый этап развития этого метода распространяется с 1950 по 1960 гг. (первый опыт бурения в СССР). Первые экспериментальные работы (по методу
А. М. Григоряна) были успешно осуществлены в 1952 - 1953 гг. на Карташевском месторождении в Башкирии, когда была сооружена первая горизонтально - разветвленная скважина № 66/45 (рис. 1, табл. 2). В этой скважине почти 80 % всей проходки было пройдено непосредственно по продуктивному пласту. Скважина имела 10 резко искривленных стволов. При ее вертикальной глубине 600 м общая протяженность скважины составила 1993 м, из которых 1768 м было пройдено непосредственно по продуктивному пласту. Максимальное расстояние между забоями составило 322 м, а наиболее протяженный горизонтальный ствол имел длину 168 м. Дебит нефти составил 120 т/сут, в том время как средний дебит по вертикальным скважинам на этом месторождении составил 7 т/сут. Правда, скорость бурения была ниже в 1,2 раза и бурение дороже в 1,5 раза, но при этом дебит был выше в 17 раз.

1959 - 1960гг. - начало развития теоретических воззрений на гидродинамические процессы, возникающие при бурении ГС. Во ВНИИнефть были проведены гидродинамические исследования по разработке нефтяных месторождений с помощью горизонтальных и многозабойных скважин. Были созданы теоретические основы фильтрации и нефтеотдачи пластов в таких скважинах, изложенные Ю. П. Борисовым, В. П. Пилатовским, В. П. Табаковым в их монографии "Разработка нефтяных месторождений горизонтальными и многозабойными скважинами" (М.: Недра, 1964 г.).

Второй этап развития бурения охватывает 1961 - 1978 гг. До 1970 г. во ВНИИБТ под руководством А. М. Григоряна группой специалистов была разработана теория бурения таких скважин и эффективная технология их проводки. А. М. Григорян подвел итог этим работам в своей монографии, которую выпустил в 1969 г. Во ВНИИБТ в это время был разработан и создан целый ряд технических средств, которые успешно были применены при бурении ГС и РГС в бывшей Куйбышевской области, на Западной Украине, Восточной Сибири (Марковская разведочная с отклонением горизонтального ствола, равным 632 м и одним разветвлением) (рис. 2) и многие другие.

Рис. 1. Горизонтальные стволы скважины № 66/45, 19 53 г

Рис. 2. Марковская разведочная РГС

Семидесятые годы - начало промышленного бурения ГС за рубежом. Лидером бурения ГС стал Французский институт нефти (ФИН), специалисты которого взяли за основу исследования советских ученых - нефтяников в области бурения и разработки нефтяных месторождений с помощью ГС и многозабойных скважин (МЗС), а также фирма "Эльф-Акитен".

В связи с определенной технической и технологической сложностью строительства ГС зарубежными фирмами были резко увеличены ассигнования на научно-исследовательские работы по горизонтальному бурению. За короткие сроки были сконструированы, прошли промышленные испытания и появились на рынке новые забойные двигатели, долота, телесистемы и другое оборудование, позволяющее достигнуть высоких технико-экономических показателей при бурении ГС. Была решена проблема проведения геофизических исследований в горизонтальных стволах.

К сожалению у нас в стране из-за того, что резко увеличилась добыча нефти (относительно дешевой) в Западной Сибири, снизился также резко и интерес к бурению РГС и ГС. Наша российская технология не внедрялась. Было упущено время.

С 1978 - 1979 гг. начинается третий этап. В эти годы резко возрастает интерес к бурению ГС в США, так как этот вид бурения становится экономически выгодным с использованием даже обычного, традиционного оборудования. Опыт эксплуатации ГС на нескольких месторождениях уже к 1982 г. показал, что они обладают большими потенциальными возможностями для обеспечения наиболее полного извлечения из недр углеводородов особенно там, где традиционные методы не дают эффекта, т. е. мало применимы.

Таблица 2.

Большие работы по внедрению бурения ГС начались в шельфовой зоне Северного моря. Развитие работ во Франции в эти годы стимулируются необходимостью разработки нефтяных месторождений Лак-Супериор и Кастера-Му (глубина 3 км), а также шельфового месторождения Распо-Маре (Италия), расположенного на Адриатике, где высоковязкая нефть находилась в карстовых ловушках. В это время фирма "Эльф-Акитен" устанавливает рекорды. Им удается пробурить скважину с длиной горизонтального ствола в 2 км и достичь 15-кратного увеличения дебита на одной из ГС месторождения Распо-Маре по сравнению с соседними вертикальными скважинами.

Четвертый этап начался в 1985 - 1986 гг. Центр бурения ГС уверенно переместился в США. Успехи фирмы "Эльф-Акитен" вызвали огромный интерес многих нефтяных фирм США. Начинается активное разбуривание горизонтальными скважинами месторождения Прадхо Бей, сложенного низкопроницаемыми известняками. Резко возросли объемы бурения ГС в шельфовой зоне Северного моря (Дания, Норвегия, Англия).

К 1989 г. в США пробурено уже 51 ГС и 30 - в Европе. На 12-м Международном нефтяном конгрессе в Хьюстоне (1987 г.) значительное число докладов было посвящено бурению ГС и результатам их использования для разработки нефтяных и газовых месторождений. В сводном докладе, представленном на Конгрессе французскими и американскими специалистами было предложено осуществлять бурение ГС по трем методам: с малым (6 - 45 м), средним (40 - 100 м) и большим (300 - 600 м) радиусами кривизны.

В настоящее время бурение горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин успешно применяется в большинстве нефтедобывающих стран, таких как США, Франция, Канада, Дания и др. В США в 1990 г. было уже пробурено 2000 скважин, а к 2000 г. планируется пробурить до 20 тыс. таких скважин.

При строительстве ГС достигнуты высокие результаты в технике и технологии бурения и, особенно, в телеметрическом контроле за траекторией ствола скважины. Максимальная длина горизонтального участка скважины при этом в Калифорнии достигла 3865 м. В 1990 г. в США благодаря горизонтальным скважинам добывалось дополнительно 16 тыс. т нефти в сутки. Бурением ГС занимается свыше 50 фирм и компаний в более чем 20 странах мира. Основные из них - "Стандарт-Ойл" (Норвегия), "Арко" (Дания), "Истмен Кристенсен" (США), "Пройсаг" (ФРГ), "Тедси", "Бритиш Петролеум" (Англия), "Эльф-Акитен" (Франция), "Эльф-Италия", "Сперисан" (США), "Анадрилл" (США) и др.

В нашей стране на территории бывшего Советского Союза пробурено 207 горизонтальных скважин. В России в 1990 г. было сооружено 12 ГС, в 1991 г. - 44 (в том числе в Западной Сибири 13). В 1992 г. пробурено 32 ГС.

По данным производственных нефтяных организаций дебит освоенных скважин в 3 - 10 раза превышает дебит соседних вертикальных и наклонных скважин. За последние годы в соответствии с программой "Горизонт" организовано бурение ГС в ПО Саратовнефтегаз, Башнефть, Татнефть, Нижневолжскнефть, Коминефть, Сахалинморнефтегаз, Нижневартовскнефтегаз, Томскнефть, Пермнефть и др.

Рис. 3. Разветвленная скважина Ns 1543 Западная Украина, 1957 г. (а);

Горизонтальная скважина № 1644, Западная Украина, 1957 г. (б)

Рис. 4. Разведочная РГС под Душанбе

Рис. 6. Горизонтальная скважина в известняках (бывшая Татарская АССР)

1-по данным фирмы «Пройсаг»;2-по данным Р.Лонгу и Н.Джетту

В Западной Сибири создано специализированное буровое предприятие по горизонтальному бурению в Нижневартовске (Инженерный центр по сервисному комплексному информационному обеспечению), совместное предприятие "Сибирский Сперри-Сан" в Нефте-Юганске. Подобные центры созданы в Башкирии, Саратовской области, г. Оренбурге, г. Сургуте и др. районах.

Некоторые данные по пробуренным ГС представлены на рис. 5