Обзор работ, опубликованных отечественными и зарубежными учёными по выбранной теме

3.1 Преамбула

 

 

В конце прошлого столетия бурение горизонтальных скважин развивалось довольно быстро по всему миру. Чуть позже этот бум дошёл и до Российской Федерации. Были созданы различные конструкции и виды горизонтальных, многозабойных, разветвлёно-горизонтальных скважин. Эффективность горизонтальных скважин оценивается в основном увеличением текущих отборов нефти по сравнению с обычными вертикальными скважинами и реже увеличением коэффициента извлечения нефти. Показатели по увеличению дебитов горизонтальных скважин в сравнении с вертикальными довольно высоки во всём мире: от 2-5 и до 10, а в некоторых случаях даже до 20 раз. Это объясняется различными геологическими условиями, в которых применяется горизонтальное бурение. Чем условия сложнее, тем относительный рост добычи нефти при горизонтальных скважинах будет выше, чем при вертикальных скважинах.

Применение технологии горизонтального бурения сдерживалось долгое время из-за больших затрат и сложности процесса по сравнению с вертикальным бурением. Считают, что в настоящее время нет альтернативы горизонтальным скважинам, так как бурение вертикальных и наклонных скважин, даже с применением методов увеличения нефтеотдачи, позволяет извлечь лишь 40-50% балансовых запасов. Из опыта горизонтального бурения было установлено, что средняя стоимость 1м горизонтальной скважины в 1,5 раза превышает стоимость 1м вертикальной скважины, при этом дебит скважин увеличивается в 3-5 раз. Горизонтальные скважины могут увеличить конечную нефтеотдачу тонких нефтяных пластов с газовой шапкой в 2-3 раза. При этом коэффициент нефте-извлечения можно довести до 25-30% против 5-15% при использовании только вертикальных скважин.

Бурение горизонтальных скважин имеет ряд особенностей, которые уравновешивают влияние такого способа на экологию. К ним относятся:

• бестраншейное строительство - один из технических методов, позволяющий вести работу возле высоковольтной линии электропередач, в жилищном массиве или около дорожной развязки;

• для сокращения временных затрат при бурении горизонтальных скважин оптимально использовать комплексное оборудование, поскольку при этом объем рабочей силы невелик, как и количество привлечённой к работе техники. Кроме того, 20 в этом случае не нужно проводить действия по снижению уровня грунтовых вод, если они залегают слишком высоко;

• немалую роль играет финансовый вопрос: сокращение рабочего процесса ведёт к уменьшению сметы, которая закладывается при планировании скважины. Использование высокотехнологичных устройств способствует минимизации затрат;

• с общественной и экологической точки зрения подобные разработки полезных ископаемых не наносят ущерба или неудобств людям, постоянно проживающим в районе нефтедобычи.

К тому же, горизонтальные скважины используются для увеличения нефтеотдачи пласта, особенно с применением термических методов воздействия на пласт. Горизонтальная скважина обеспечивает большую область контакта с коллектором и поэтому повышает приёмистость нагнетательной скважины. Это особенно выгодно в тех случаях увеличения нефтеотдачи, когда приёмистость является проблемой.

Данный способ бурения не только способствует увеличению количества добываемой нефти с уже эксплуатируемых месторождений. Он также позволяет с успехом разрабатывать участки, работа на которых при бурении обычной скважины считается непродуктивной и нерентабельной.

Традиционное бурение скважины заменяется технологией горизонтальной прокладки из-за сложного рельефа, близкого расположения к водоёму. Кроме того, такой метод даёт возможность быстрее и легче достичь нужного слоя породы и выбрать наиболее комфортное место для извлечения нефти. В случае если нефть находится на океаническом или морском дне, горизонтальное бурение потребует минимальных затрат, в то время как обычная технология требует установки морской платформы, что обойдется весьма недёшево. Таким же образом можно устраивать подземные хранилища нефти.

Важным моментом является управление оборудованием в процессе бурения, поскольку сам бур находится на отдалении. Горизонтальная технология требует тщательного контроля во избежание плачевных последствий. В работе используется система локации, воплощающая функцию контроля процессов. Система представляет собой специальный зонд, который находится в головке бура. Синхронизация действий зонда происходит посредством специальной техники, и оператор регулирует эти действия, находясь на поверхности земли.

Среди прочих действий зонд отмечает, под каким углом производится бурение горизонтальных скважин в данный момент, а получаемые сведения отправляются на прибор, с помощью которого оператор производит управление системой. Специалист также отслеживает количество оборотов устройства, температурный режим головки бура. Чем более оперативно сведения будут поступать на пульт, тем выше вероятность, что опасные ситуации будут предусмотрены вовремя.

Процесс горизонтального бурения проводится с применением комплексных установок, и в их состав обычно включены следующие конструктивные части: рама; лафет; кузовная часть; ходовая система установки (она может быть на колёсах или гусеницах); гидроустановка; энергостанция; пульт управления; дизельный мотор; система подачи штанг. [18]

 

 

Технология Fishbones Drilling - относительно новая технология интенсификации, которая прошла испытание в полевых условиях с коллекторами разного типа, включая карбонатные, песчаниковые и фундаментные пласты. Fishbones Drilling монтируется вместе с хвостовиком в открытом забое, а переводники Fishbones Drilling размещаются таким образом, чтобы они попадали в области желаемой интенсификации. Поток бурового раствора, подающийся буровыми насосами, запускает процесс бурения одновременно большого количества ответвлений малого диаметра из ствола скважины в пласт. Ответвления образуются в процессе бурения, когда поток флюида проходит через турбину и приводит в движение буры малого диаметра, которые проникают в пласт. Ответвления отходят от каждого переводника Fishbones, а через всю длину коллектора можно пропустить большое количество переводников. Основной функцией настоящей технологии является точная и контролируемая интенсификация производительности скважины, за счет объединения ствола скважины и коллектора как минимум двумя сотнями ответвлений. Каждое новое ответвление имеет длину, которая определяется длиною игл, которая варьируется в пределах от 10 до 10,8 метра. Ответвления легко преодолевают вертикальный поток и увеличивают коэффициент вскрытия коллектора, что в свою очередь увеличивает коэффициент производительности и добычи.

Применение технологии «Фишбон» имеет ряд своих преимуществ:

- Снижение стоимости скважины. Бурение до глубины промышленной зоны осуществляется один раз, а затем добавляются боковые стволы. Интенсификация добычи может происходить за счет создания отходящих стволов в разных направлениях без необходимости дорогостоящих буровых работ.

- Увеличение или переоценка запасов. Разработка месторождений, запасы которых ранее были отнесены к разряду маргинальных, становится теперь экономически выгодной. Это способствует увеличению потока инвестиций и позволяет привлекать новых инвесторов.

- Лучший контроль охвата разрабатываемого месторождения. При таком подходе для разработки требуется значительно меньшее число скважин. При относительно небольшом объёме буровых работ технология «Фишбон» позволяет значительно увеличить охват нефтенасыщенных участков пласта. [19]

Многие нефтяные компании в России, практически все ставят во главу критерия – критерий качества строительства скважин и вскрытие продуктивных пластов. Для осуществления возможности такого критерия разрабатываются и применяются новые техники и технологии в области бурения. Одним из таких новых технологий или не что иное как технологических решений – бурение при равновесном и депрессивном воздействии на пласт. Разобщение и дальнейшее вскрытие продуктивного горизонта в условиях депрессивного воздействия на горизонт – сохраняет естественный скелет и естественное состояние продуктивных горизонтов.

Обычно процесс вскрытия продуктивного горизонта осуществляется с помощью репрессивного воздействия на пласт. Под репрессивным воздействием подразумевается превышение гидростатического давления промывочной жидкости над пластовым. В результате промывочная жидкость проникает в продуктивный горизонт и тем самым будет способствовать разобщению пластов и надежной их герметизации. Процесс бурения, в котором осуществляется депрессивное воздействие на продуктивный горизонт, когда давление пласта превышает гидростатическое давление промывочной жидкости, способствует притоку флюида в скважину, в результате, сохраняя естественный скелет горных пород, т.е., естественные коллекторские свойства горных пород. Одним из преимуществ депрессивного воздействия на продуктивный горизонт является возможность проведения геологохимических исследований.

Во вскрытии и в дальнейшем разработке продуктивных горизонтов, особое внимание уделяется сохранению коллекторских свойств горных пород. Соответственно любые технологические решения разрабатываемые с точки зрения депрессивного воздействия на продуктивный горизонт должны исходить из критерия сохранности коллекторских свойств горных пород.

Учитывая вышеописанный критерий был разработан технологичный способ вскрытия продуктивного горизонта с применением технологии колтюбинга. Технология колтюбингового бурения осуществляется, т.е., бурение при помощи гибких и безмуфтовых труб. Колтюбинговый способ бурения находит своё широкое применение при бурении наклонно-направленных и дополнительных скважин, охватывающих больший угол отклонения. Высокая техническая и экономическая эффективность достигается при бурении наклонных и горизонтальных боковых стволов из существующих скважин. Особенно эффективным колтюбинг может оказаться на месторождениях, находящихся в поздней стадии разработки, для реанимирования старого фонда скважин путем зарезки боковых стволов.

В целях сохранения естественного состояния продуктивных горизонтов бурение осуществляется с применением закрытой циркуляционной системы, а в качестве промывочных жидкостей используются несколько типов промывочных Новые импульсы развития: вопросы научных исследований жидкостей, в том числе раствор на нефтяной основе, разбавленный азотом. Для поддержания требуемого давления ПЖ в призабойной зоне и регулирования его значения на устье скважины создаётся избыточное давление, которое регулируется системой дросселирования.

Герметичность, тампонирующая способность бурового раствора при проникании в продуктивный газонасыщенный горизонт, с содержанием остаточной воды показало, что после вызова притока газа проницаемость их существенно снижается, т.е. в газонасыщенных кернах газовая фаза не является растворителем водоизолирующих систем и легко вытесняется из кернов.

В процессе капитального ремонта скважин при выполнении нагнетательных операций, которые сопровождаются закачкой в скважину технологических реагентов, успешно применяется колтюбинговая технолония (КТ). При помощи КТ и внутрискважинного оборудования успешно осуществляются операции, связанные с притоком газированной жидкости, промывка скважины с целью устранения пробок, тепловая и кислотная обработка призабойной зоны. Также помимо вышеперечисленных операций относится селективная изоляция обводнённого интервала пласта. Наиболее сложно-выполнимыми являются операции по исследованию скважин, каротажные работы, визуальное обследование состояния скважины и проведение гидроразрывов пласта и т.д.

Положительные моменты присутствуют в применении колтюбинговых технологий в подготовке скважин к ремонтно-изоляционным работам. Они способствуют эффективной проработке ремонтно-изоляционных работ, в частности, в проведении операций по ликвидации песчаных пробок, испытанию колонн на герметичность, обработкам призабойной зоны пласта. [20]

Мировое достижение по бурению сверхглубокой скважины 5Г в Антарктиде и проникновению в подледниковое озеро Восток стало возможным благодаря многолетним (1967-2012) исследованиям учёных кафедры бурения скважин Национального минеральносырьевого университета «Горный», разработавшим основы теории теплового и механического разрушения льда и рыхлых отложений, технологии и технические средства бурения скважин методами плавления и механического разрушения.

Технология и технические средства бурения плавлением являются одним из самых перспективных направлений повышения эффективности проходки скважин в сложных геологических условиях на основе нетрадиционных способов разрушения и крепления горных пород. В основе технологии бурения скважин плавлением лежат физические процессы разрушения пород, льда, связанные с изменением агрегатного состояния в результате интенсивного теплового воздействия в зоне забоя скважины.

Благодаря уникальным технологиям, разработанным в Горном университете, российские ученые завершили бурение на глубине 3769,3 м и 5 февраля 2012 г. достигли поверхности подледникового озера Восток в Антарктиде. Это выдающееся научное достижение сравнивают с посадкой на Луну и изучением лунного грунта. Мировые достижения по глубине бурения скважин на станции «Восток» дважды отмечены в Книге рекордов Гиннеса.

По мнению представителей Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), всестороннее изучение подледникового озера Восток является первым и необходимым шагом в долгосрочной программе поиска следов жизни в подледниковых морях на планетах Марс и Европа (спутник Юпитера).

Озеро Восток, скрытое под четырёхкилометровой толщей льда, является уникальной водной экосистемой, которая была изолирована от земной атмосферы и поверхностной биосферы на протяжении миллионов лет. По площади озеро Восток не уступает таким озерам, как Ладожское и Онтарио. Толщина льда над озером – от 3,5 до 4,5 км, наибольшая толщина водного слоя – 1200 м. Ученые всего мира считают исследование подледникового озера одной из самых интересных и трудноразрешимых научных проблем начала XXI века.

Исследования глубоких скважин на станции «Восток» и непрерывной колонки ледового керна, возраст которого превышает 500 тыс. лет, извлеченного из скважины 5Г-1 и 5Г-2, позволили получить ряд выдающихся научных результатов:

1) по изотопным и гляциологическим исследованиям ледового керна впервые выполнена палеоклиматическая реконструкция климата Земли на протяжении четырех ледниковых и межледниковых периодов и установлена цикличность изменения климата на Земле;

2) разработана методика асептического отбора микробиологических проб из керна льда и доказана длительность анабиоза микроорганизмов более 200 тыс. лет;

3) впервые для центральной части Антарктиды получены данные о температурном режиме ледникового покрова, которые легли в основу математического моделирования процессов тепломассопереноса в леднике;

4) установлены вертикальная зональность и закономерности метаморфизма льда по глубине.

На технологии и технические решения, разработанные Горным университетом для бурения льдов и проникновения в подлениковые водоемы, получено более 100 авторских свидетельств и патентов как в Российской Федерации, так и в США. [21]

В последние годы все большее распространение получают вертикальные и наклонные скважины, имеющие горизонтальные окончания большой протяженности. Это делается для того, чтобы увеличить площадь поверхности, через которую в скважину поступает нефть, и соответственно увеличить ее дебит. Одновременно стало возможным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее неизвлекаемой вследствие малой мощности и низкой проницаемости продуктивного пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной эксплуатации.

Горизонтальные скважины эффективно используют в следующих случаях:

- в трещиноватых коллекторах – с их помощью лучше дренируют нефтяные пласты;

- в коллекторе с подошвенной водой или с газовой шапкой – чтобы уменьшить опасность обводнения или прорыва пластового газа в скважину;

- в низкопроницаемых коллекторах – для лучшего дренажа пласта, что позволяет сократить число скважин;

- в высокопроницаемых газовых коллекторах – они позволяют уменьшить скорость движения газа и сократить потери пластовой энергии на турбулентное трение;

- для увеличения нефтеотдачи термическим воздействием, так как создается возможность существенно повысить приёмистость по теплоносителю.

Рассмотрим некоторые практические особенности бурения горизонтальных скважин по сравнению с наклонными.

Опасность прихвата и обрыва колонн:

- в горизонтальных скважинах опасность прихвата и обрыва бурильных труб меньше, так как искривление скважины происходит в нижней части разреза, который характеризуется, как правило, сравнительно устойчивыми породами;

- желобообразование имеет место в перегибах ствола, когда бурильная колонна находится в растянутом состоянии, но в горизонтальных скважинах обычно большая часть колонны при бурении сжата и не вырабатывает жёлоб в одном и том же месте;

Трение:

- горизонтальные скважины характеризуются высоким уровнем трения бурильных колонн о стенки скважины, особенно на её горизонтальном участке.

Важнейшая задача при горизонтальном бурении – не допустить скручивания бурильных колонн. Поэтому на горизонтальных участках стремятся как можно меньше использовать утяжелённые бурильные трубы и тем самым понизить сопротивление трению. Лучше следовать правилу: компоновка должна быть по возможности простой.

Контроль траектории скважины – бурение горизонтального участка будет медленным, если некачественно пробурена направляющая часть ствола, здесь недопустимы ошибки в навигации. Буровые промывочные и тампонажные растворы должны обладать седиментационной устойчивостью, так как существует опасность осаждения на нижней стенке скважины шлама и тяжёлых компонентов раствора, что осложняет бурение и крепление горизонтальной части скважины.

Как указывалось, основная цель бурения горизонтальных скважин – создание фильтровой зоны по простиранию пласта. Поэтому проектирование горизонтальной скважины следует начинать с определения протяженности, формы и направления горизонтального участка, которые непосредственно зависят от степени неоднородности продуктивного пласта, его мощности и литологии, распределения горной породы по твердости и устойчивости разреза. Следует предусмотреть мероприятия по минимизации загрязнения пласта буровыми и тампонажными растворами с учётом длительности и протяженности интервала их воздействия. [22]

Часто, после извлечения нефтяных запасов из залежи, ее консервируют, и в большинстве случаев больше не используют. А это не верно. В залежи остаётся довольно много нефти. Это стало настоящей проблемой в наше время. Поэтому и начали применять различные технологии по извлечению нефти из уже использованных месторождений. О них и пойдет речь.

Зарезка боковых стволов – это одна из наиболее эффективных технологий, которая позволяет добиться повышения уровня добычи нефти на старых месторождениях и увеличения коэффициента извлечения нефти из пластов, вернуть в эксплуатацию нефтяные скважины, которые не могли быть возвращены в действующий фонд другими методами. Путем бурения боковых стволов в разработку вводятся ранее не задействованные участки пласта, а также трудноизвлекаемые запасы нефти, добыча которых ранее не представлялась возможной. Технико-экономические расчеты подтверждают высокую эффективность эксплуатации боковых стволов для всех типов залежей. Себестоимость дополнительно добытой нефти из вторых стволов как правило ниже её среднего значения по месторождениям, а затраты на их строительство окупаются в течение двух лет.

При зарезке вторых стволов используется как отечественное, так и импортное оборудование. Управление по зарезке боковых стволов и капитальному ремонту скважин (УЗБСиКРС) в этом году стало крупнейшим из буровых подразделений ОАО "Сургутнефтегаз".

Отечественные нефтяные компании и компании ближнего зарубежья никогда не проводили такие работы. Средняя глубина, на которой специалисты компании вели строительство боковых стволов, составила около 3 тыс. метров. Средняя длина горизонтальных участков – 350 метров. Освоены участки с углами проводки 86–90 градусов. За прошлый год себестоимость строительства бокового ствола была снижена на 15%.

В текущем году эта тенденция к уменьшению себестоимости сохранится, поскольку компания ожидает эффект от реализации программы по импортозамещению, в которую включилось уже 17 российских заводов. В текущем году планируются работы по бурению скважины с четырьмя боковыми стволами. Дополнительный эффект специалисты общества планируют получить от совмещения зарезки боковых стволов с другими технологиями. На 12 месторождениях будут осуществлены технологические проекты с системой разработки горизонтальными и боковыми стволами, на 26 месторождениях технологические проекты предусматривают также применения строительства пологих скважин. "Сургутнефтегаз" следует основному принципу: крупный успех применения технологий может быть заключен только в системности и комплексности.

Большая часть месторождений нефти и газа, разрабатываемых в РФ и СНГ, находится в поздней стадии эксплуатации. Поэтому задача восстановления рентабельной добычи нефти приобретает особую актуальность. Бурение бокового ствола (БС) из вырезанного участка обсадной колонны является одним из наиболее существенных способов восстановления бездействующих и повышения нефтеотдачи малодебитных скважин. Оборудование и инструменты для зарезки БС, проектируемые и изготавливаемые пермскими машиностроителями, весьма эффективны и конкурентоспособны на отечественном рынке.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили следующие два способа забуривания бокового ствола из обсаженной эксплуатационной колонны вертикальной или наклонной скважины:

1. Вырезка секции обсадной колонны, с последующей зарезкойБС.

2. Вырезка "окна" в обсадной колонне при помощи вырезающих фрез с устанавливаемого клина-отклонителя и последующей зарезки БС скважины с этого клина-отклонителя.

ООО "БИТТЕХНИКА" с момента основания специализируется в области проектирования и производства оборудования для зарезки БС с клина-отклонителя. К существенным преимуществам такого способа строительства БС скважин необходимо отнести:

– высокую точность ориентирования за счет того, что направление бурения дается уже установленным и с ориентированным клиномотклонителем;

– возможность использования роторного бурения;

– небольшой объем фрезеруемого металла (для 1-го способа зарезки БС необходимо вырезать не менее 7–8 м обсадной колонны), что ведёт к уменьшению числа спуско-подъемных операций;

– вырезание одновременно нескольких колонн; – возможность вырезки "окна" в обсадной колонне любой прочности, а также в плохо закрепленных колоннах.

Клин-отклонитель состоит из желобов с отклоняющей плоскостью с углом наклона 2,5°, а также узла фиксации клина-отклонителя в обсадной колонне. Спуск клина-отклонителя в скважину осуществляется на инструменте одновременно со стартовым фрезером или при помощи спускового устройства. Для осуществления направленной вырезки "окна" в колонне клин-отклонитель ориентируется по азимуту. По достижении клином-отклонителем забоя силой тяжести бурильного инструмента срезается стопорный штифт в узле фиксации клина-отклонителя. Плашка, перемещаясь по пазам, выходит из узла фиксации и врезается в стенку обсадной колонны. Узел фиксации надёжно расклинивается внутри колонны и удерживает клин-отклонитель от проворота, таким образом, отпадает необходимость цементирования клина-отклонителя. При дальнейшем увеличении нагрузки на клин-отклонитель происходит его отсоединение от стартового фреза. После чего вращением инструмента производится начальное фрезерование обсадной колонны. Далее с помощью оконного фреза вырезается "окно" в колонне, а затем фрез его калибрует. В завершение при выходе фрезерующей компоновки из колонны проводится смена компоновки для дальнейшего бурения дополнительного ствола.

В настоящее время на ООО "БИТТЕХНИКА" налажено производство трех моделей клиньев отклонителей – серии "М", серии "П" и серии "С" практически для всех существующих стандартных типоразмеров обсадной колонны. Также на предприятии имеется техническая возможность изготовления указанного оборудования по "индивидуальным" требованиям потребителя. В новыхмоделях клиньев-отклонителей (серии "П" и "С") корпус узла фиксации после подготовки клина-отклонителя к работе становится жестко связанным с желобной частью, а подвижный элемент, служащий для выдвижения расклинивающей плашки, находится внутри этого корпуса и срабатывает только при непосредственной опоре клина-отклонителя на забой. Поэтому исключается преждевременное срабатывание узла фиксации клина-отклонителя при его транспортировке до забоя, которое может произойти из-за разной толщины стенок обсадной колонны или недостаточной подготовки колонны для проведения работ по зарезке БС. В дополнение к вышесказанному клин-отклонитель серии "С" при посадке на забой принудительно изгибается таким образом, что верхняя часть желоба прижимается к одной стороне колонны, а нижняя часть желоба – к другой, что обеспечивает лучшее дальнейшее прохождение инструмента, а также возможность установки данного клина-отклонителя в интервалах с большим углом наклона ствола скважины.

Для удобства осуществления технологии вырезки "окна" с клина-отклонителя вырезающие фрезы изготавливаются и поставляются в комплекте. Стандартный комплект фрез состоит из стартового фреза, оконного (торцевого) фреза и арбузообразного (калибровочного) фреза.

Стартовый фрез предназначен для спуска клина-отклонителя и начального фрезерования "окна", оконный фрез – для непосредственного прорезания "окна" в обсадной колонне, арбузообразный фрез – для калибрования окна. Подготовка к работе фрез достаточно простая и сводится к внешнему осмотру всех фрез на предмет повреждений режущей поверхности и целостности резьбовых соединений. Потом производится стыковка стартового фреза с клином отклонителем для спуска его на забой и начального фрезерования.

На сегодняшний день ряд деталей и узлов, используемых в клиньях-отклонителях, а также технология изготовления фрез, разработанные на ООО "БИТТЕХНИКА", защищены патентами РФ.

В настоящее время на предприятии проводятся исследовательские и опытно-конструкторские работы по следующим скважинным инструментам и оборудованию: клин-отклонитель извлекаемый; клин-отклонитель с гидравлическим распорным устройством; ловильный инструмент для извлечения клина-отклонителя; труболовка наружная универсальная; кольцевые, конусные и торцевые фрезеры. В дальнейшем, по мере развития буровых технологий, приведенный перечень будет существенно расширяться.

"Сургутнефтегаз" планирует в текущем году выполнить более 300 операций по восстановлению работы нефтяных скважин методом зарезки боковых стволов, что позволит получить из них 960 тыс. тонн нефти, а с учетом ранее восстановленных скважин – более 2 млн 500 тыс тонн дополнительной добычи нефти.

В первом полугодии компания ввела в эксплуатацию 7 новых комплексов для восстановления работоспособности скважин и повышения коэффициента нефтеизвлечения пластовметодом зарезки вторых стволов.

Зарезка вторых стволов позволяет дать большой экономический эффект, так как применение этой технологии сокращает средства, затраченные на бурение скважины-дублера взамен ликвидируемой. Зарезка на уже пробуренной скважине позволяет обойти неизвлекаемые механические препятствия в скважине и восстановить ее работоспособность. Опыт работ показывал, что даже небольшой (10–15 м) увод второго ствола в сторону от первого позволяет значительно снизить количество воды в добытойнефти.

Так как вторые стволы бурят на уже используемом месторождении, при их зарезке нужно учитывать возможность пересечения новой скважины с ранее пробуренными. Для этого производят расчет траектории новой скважины с учетом места входа скважины в пласт и расположения ранее пробуренных скважин. Для бурения вторых стволов используется буровой инструмент меньшего диаметра, позволяющий его свободное хождение в колонне первоначальной скважины. Например, при диаметре обсадной колонны 146 мм обычно применяют долота диаметром 123,8–124 мм, в 168-мм колонне можно использовать 124-мм, 143-мм долота и стандартный инструмент БК-73 с муфтами 105 мм. Благодаря меньшему диаметру инструмента, можно добиться как большего искривления второго ствола, так и меньшей длины открытого первого ствола (что сокращает затраты на трубы).

Мировая статистика нефтедобычи утверждает, что после 40–45 лет эксплуатации на многих месторождениях неизбежен спад объемов добычи. Сегодня многие месторождения нефти нашей страны, разрабатываемые с 60–70-х годов, вплотную подошли к этой отметке. Есть уже немало и таких, которые простаивают из-за нерентабельности и обводненности продуктивных горизонтов, хотя извлечено нефти всего 12–20 процентов от объёма подтверждённых запасов. Означает ли это, что от них следует отказаться?

Зарезка боковых стволов позволяет вернуть в разработку нефтяные скважины, которые по ряду геолого-технических условий не могли быть задействованы при выполнении обычных операций. Благодаря этой технологии в разработку введены ранее не задействованные участки пласта, а также трудно извлекаемые запасы нефти, добыча которых ранее не представлялась возможной. [23]

Технология бурения БС с двумя горизонтальными окончаниями состоит из двух этапов. На первом этапе производится бурение бокового ствола на пласт ВII с горизонтальным окончанием протяжённостью 170 м. На втором этапе производится зарезка нового ствола скважины в открытом стволе из горизонтального участка пласта ВII по «щадящей» технологии без установки цементных мостов путем наработки технологического желоба. Данная технология позволяет не только сохранить доступность первого ствола, но и не ухудшить коллекторские свойства пласта. Далее ведется бурение горизонтального участка по пласту В_IIIа. Крепление бокового ствола производится хвостовиком диаметром 102 мм с окончанием в пласте В_IIIа. При этом в кровельной части устанавливается заколонный пакер с цементировочной муфтой, а в месте схождения стволов – фильтровые трубы с увеличенной интенсивностью перфорации с целью обеспечения беспрепятственного доступа флюида из первого ствола. Таким образом, используется абсолютно идентичное оборудование при креплении хвостовика. Единственное различие между рассматриваемыми скважинами – время строительства, которое составляет 4–5 суток (время на бурение второго горизонтального ствола).

Основные критерии эффективности многозабойного бурения определяются геолого-физическими параметрами объектов и состоянием их разработки: типом залежей, плотностью запасов нефти, эффективными нефтенасыщенными толщинами, продуктивностью скважин и т.д.

Увеличение числа и длин эффективной части горизонтальных стволов приводит к росту продуктивности и дебита скважин. Существующая статистика бурения горизонтальных стволов позволяет сделать вывод, что оптимальная эффективная длина горизонтального ствола, исходя из условий получения максимального дебита, определяется от 200 до 270 м. Конструкция многозабойного ствола кроме увеличения площади дренирования увеличивает вероятность нахождения участков с хорошими коллекторскими свойствами.

Использование технологии многозабойного бурения позволит значительно снизить себестоимость добываемой нефти из горизонтальных стволов, повысить экономическую и технологическую эффективность разработки старых месторождений, приступить к освоению новых низко продуктивных сложно построенных объектов и месторождений, снизить темпы падения добычи нефти и увеличить нефтеотдачу пластов. [24]

Начиная с первых лет внедрения алмазного бурения, в России и за рубежом проведён значительный объем исследования по изучению механизма углубки скважины при алмазном бурении и совершенствованию алмазооберегающей технологии бурения.

В результате имеется достаточно большой материал по исследованиям, которые включают изучение работы единичного алмаза (или одного сектора коронки), группы секторов, образующих матричные кольца алмазного породоразрушающего инструмента, различные модели работы алмазной коронки. Однако сложность механизма разрушения горной породы алмазным инструментом, в силу наличия множества факторов, оказывающих воздействие на этот процесс, существенно затрудняет расчет числа алмазов, находящихся в контакте с горной породой и осуществляющих процесс разрушения, объема межконтактного пространства пары «матрица-забой» и других параметров. Весьма затруднительно и проведение экспериментов по изучению механизма разрушения горных пород, в результате чего гипотезы, объясняющие работу алмазной коронки, носят достаточно противоречивый характер. В свою очередь, результаты таких исследований являются основой для разработки технологии приработки алмазных коронок, углубки скважины, а также для создания породоразрушающего инструмента, методов и технических средств для контроля процесса углубки скважины.

Существует ряд работ, посвященных экспериментальному определению фактического числа алмазов, контактирующих с горной породой как в стадии приработки, так и в процессе нормального режима бурения. В основу экспериментов исследователями при этом закладывается метод отпечатков, при котором забой скважины рассматривается как идеально гладкая поверхность, а породоразрушающий инструмент- как шероховатое тело. В результате таких исследований установлено, что в начальной стадии приработки алмазной коронки с поверхностью забоя скважины контактирует ограниченное число алмазов, а именно: не более 20 % общего заложенного количества. С ростом нагрузки и по мере увеличения глубины внедрения алмазов в горную породу, число контактирующих алмазов увеличивается и достигает 70-80 % от общего количества объемных (торцевых) алмазов. Исходя из этого, приработку коронки предлагается выполнять постепенно в течение 17-18 минут, увеличивать частоту вращения и нагрузку на коронку. [25]

В условиях рассредоточенности объектов на значительной территории, сезонности ведения горных работ, низкого уровня механизации тяжёлых и трудоемких процессов, недостаточного уровня обеспечения горной техникой, высокой стоимости шурфопроходческих работ необходим поиск принципиально новых методов и технических средств разведки россыпных месторождений. В этой связи одним из инновационным подходом по совершенствованию существующей техники и технологии шурфопроходческих работ является буровой способ, а именно вращательное бурение скважин больших диаметров, которое позволит полностью механизировать труд и в разы удешевить производственный цикл, а также обеспечить безопасность рабочих.

Буровая скважина – вертикальная, наклонная или горизонтальная горная выработка преимущественно круглого сечения (диаметр 59-1000 мм. и более), образуемая в результате бурения, без доступа человека к забою. В основном скважины используются при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, а также для решения инженерных задач в различных видах строительных работ.

Шурфо-скважина – это вертикальная (редко наклонная) круглой формы поперечного сечения горная выработка, пройденная бурением и имеющая выход на земную поверхность. Диаметр шурфо-скважин может быть от 500 мм. до 1000 мм. и более, а глубина от нескольких метров до нескольких десятков метров. Основное назначение шурфо-скважины, это отбор достоверных и представительных проб при разведке месторождений полезных ископаемых. [26]