Динамика развития и применения горизонтального бурения

Толчком к развитию горизонтального бурения явились наклоннонаправленные скважины, а также кустовое бурение, суть которых заключалась в возможности добывать нефть в труднодоступных местностях или вести разработку месторождений под застроенными участками, над залежами нефти или газа, занятыми заповедниками, озерами, при разработке месторождений в определенных климатических условиях (например, в зимний период или весной во время распутицы), на территориях с сильно пересеченным рельефом местности или в пределах акваторий и др.

Более широкий круг возможностей и задач отводится бурению горизонтальных скважин, основой которых является более полное извлечение полезных ископаемых из продуктивных недр.

Как известно, при добыче нефти и газа традиционно использовались вертикальные и наклонно-направленные скважины. Требовалось бурение огромного числа таких скважин для достижения и поддержания необходимого уровня добычи, при этом долгое время эффективных альтернативных методов не существовало.

Начиная же с 80-х годов распространение получили горизонтальные и многоствольные скважины, которые по критериям стоимости, эффективности, окупаемости, затрат времени часто превосходят вертикальные. В последние годы большое распространение получило бурение боковых горизонтальных стволов из старых, как правило, простаивающих истощенных скважин. Бурение многоствольных горизонтальных скважин (ГС), боковых горизонтальных стволов (БГС) получило на западе, а затем и в России общее название горизонтальных технологий.

В России впервые применение многоствольных скважин было предложено еще в 1941 г. Н. С. Тимофеевым. В 1947 г. под руководством А.М. Григоряна и В.А. Брагина на Краснокамском месторождении из основного вертикального ствола длиной 240 м пробурили в продуктивном пласте два дополнительных ствола по 30 и 35 м.

В Самарской области на Карташовском месторождении разветвленная скважина 66/45, пробуренная в 1953 г., имела 10 резкоискривленных стволов. При ее вертикальной глубине 600 м общая протяженность всех стволов составила 1993 м, из них 1760 м (88 %) были пройдены по продуктивным артинским известнякам.

В 1957 г. на Яблоновском месторождении вступила в эксплуатацию скважина 617 с горизонтальным стволом длиной 145 м в пласте. Она вошла в эксплуатацию с дебитом 14,6 т/сут., после гидроразрыва он увеличился до 40 т/сут.

В 50-е годы ГС стали широко применяться при шахтной разработке нефти на Ярегском месторождении, где были пробурены сотни ГС длиной 90-150 м.

Все эти и другие примеры дали основание утверждать, что в ближайшем будущем многозабойное вскрытие пластов найдет широкое применение в разработке нефтяных месторождений. Этот прогноз не подтвердился тогда в основном в силу слабой технической базы, недостатка капвложений. Возможно также, что основной причиной послужило открытие в конце 50-х и в 60-с годы гигантских высокопродуктивных месторождений в Урало-Поволжье типа Ромашкинского, Туймазинского и ряда других, несколько позже, в западной Сибири.

В России основные запасы крупных месторождений Урало-Поволжья были отобраны довольно быстро - за 30-35 лет. Быстро стареют и крупные месторождения Западной Сибири, открытые в 60-х годах. К концу 80-х годов доля трудноизвлекаемых запасов в этих регионах резко возросла и остро встал вопрос о методах их извлечения. Наряду с другими методами вспомнили и о горизонтальных технологиях.

Начиная с конца 80-х-начала 90-х годов бурение ГС стали развивать почти во всех нефтедобывающих регионах России. Пробурено уже более 1300. Ежегодно в России заканчивается строительством более 200 горизонтальных скважин. Лидерами в области строительства ГС являются ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Газпром», ОАО «Башнефть», ОАО «Татнефть», «Сибнефть», ООО «ТехИнформСурвис». По данным P.X. Муслимова, приведенным в докладе на семинаре, посвященном горизонтальным скважинам (Актюба, 2-3 декабря 1999 г.), ка территории республики Татарстан пробурено уже более 200 ГС и БГС. 126 ГС, по которым имеются детальные сведения о дебитах, инклинограммах, геофизических материалах, пробурены на землях 11-ти НГДУ, на 21-й залежи. Из них подавляющее большинство - 89 ГС - пробурены на турнейский ярус, 22 - на башкирский, 11 - на бобриковский горизонт и 4 - на данково-лебедянский. Первые 7 ГС на территории Татарстана были пробурены в 1977-78 гг. на Тавельском и Сиреневском месторождениях (НГДУ «Ямашнефть») на кизеловский горизонт турнейского яруса.

Массовое бурение ГС в АО «Татнефть» началось в 1992 г. До 1995 г. происходил быстрый рост горизонтального бурения (до 29 ГС в год), затем в 1996-98 гг. наступила некоторая стабилизация на уровне 16-17 скважин в год.

Средняя длина горизонтального ствола по 126 ГС составляет 270 м, в том числе 308 M по 22 башкирским ГС, 273 м - по 89 турнейским, 302 м - по 4 данково-лебедянским и 156 м - по 11 бобриковским.

Средний дебит нефти за весь срок разработки составил 6,1 т/сут.

Если сравнивать средние добиты ГС по НГДУ, то лучший результат получен в НГДУ «Нурлатнефть» - 16,5 т/с. Причем по 8-ми ГС в башкирском ярусе получен средний дебит всего 2,9 т/c., но зато по 6-ти ГС в бобриковском горизонте - 34,5 т/с.

He вдаваясь в подробности, отметим, что горизонтальные скважины бурились и в Самарской области. На Городецком месторождении в 1960 г. пробурены 11 добывающих ГС, на Боровском в 1993 г. - 6 ГС, на Озерковском месторождении в 1995-97 гг. пробурено более 20 ГС. На Кулешовском месторождении в 1998 г. 17 ГС, пробуренных в карбонатах Городецкого и Боровского месторождений, не дали ожидаемого результата. 4 ГС, пробуренные в песчаниках Озеркинского и Кулешовского месторождений, дали очень хороший эффект. Их дебиты превышают дебиты вертикальных скважин в 5-6 раз.

В Башкортостане еще в 1951-53 гг. было пробурено примерно 50 скважин на рифовых месторождениях Ишимбаевского региона. Затем метод оказался замороженным. Работы возобновились лишь в 1987 г. На 1. 01.98 г. пробурено 60 ГС 20 БГС. На сегодня более точными данными автор не располагает.

Бурение горизонтальных скважин на месторождениях Удмуртии было начато по инициативе бывшего генерального директора АО «Удмуртнефть» В,И. Кудинова. Его твердая, последовательная и настойчивая работа в этом направлении позволила добиться больших результатов. Союз ученых института «УдмуртНИПИнефть», квалифицированных специалистов из числа промысловых работников, позволил в короткие сроки не только освоить опыт, имеющийся в нефтедобывающей отрасли России, но и достичь больших результатов. Немалая роль в этом общем деле принадлежит и руководителю буровых работ - бывшему начальнику управления буровых работ - Р.Т, Шайхутдинову, под руководством которого была освоена непростая технология бурения горизонтальных скважин.

Большой вклад в разработку месторождений Удмуртии с использованием горизонтальных скважин внесли научные работники института «УдмуртНИПИнефть» кандидаты наук Н.В. Зубов. В.А. Савельев, Н.А. Струкова, П.В. Киселев и др. Ими разработаны основные критерии выбора объекта для бурения горизонтальных скважин, разработаны наиболее эффективные реагенты, применяемые для бурения ГС, определены профили и длина горизонтального участка ствола в различных геологических условиях залегания продуктивного пласта, дана экономическая оценка бурения ГС и БГС и др.

Первая горизонтальная скважина в Удмуртии пробурена на Мишкинском месторождении. Сразу же был получен дебит в 4 раза выше соседних вертикальных скважин. Плановое опытно-промышленное бурение ГС начато в 1994 году. В настоящее время пробурено и работает более 60 ГС. Наибольшая эффективность была достигнута на Мишкинском месторождении, где коллекторами являются карбонатные породы, характеризующиеся высокой послойной и зональной неоднородностью и сравнительно низкими коллекторскими свойствами. Пористость в среднем составляет 16 %, проницаемость - 0,213 мкм2, средняя нефтенасыщенная толщина - 7,5 м, которая изменяется по площади от 1 до 24 м.

Выполненными технико-экономическими расчетами подтверждена высокая технологическая и экономическая эффективность горизонтального бурения на Мишкинском месторождении. Дополнительная добыча нефти оценивается в 1,5 млн.т, увеличение коэффициента извлечения нефти (КИН) - на 2,9 %. Анализ работы пробуренных скважин показал устойчивость дебита и отсутствие прогрессирующего обводнения скважин. Начальный дебит по горизонтальным скважинам оказался более чем в 7 раз выше дебита вертикальных скважин.

В значительно худших геологических условиях бурились горизонтальные скважины на Южно-Киенгопском месторождении. Верейский горизонт представлен чередованием терригенных и карбонатных коллекторов. Продуктивные нефтенасыщенные пласты имеют небольшие эффективные толщины - в среднем 2,9 м. Проницаемость составляет 0,128 мкм2, пористость - 0,17, нефтенасыщенность - 0,734, плотность нефти - 0,836 г/см3, вязкость - 3,8 мПа-с. Средний дебит по горизонтальным скважинам составил 15 т/с. В условиях данного месторождения была доказана возможность получения достаточно больших технико-экономических эффектов бурения ГС на продуктивные пласты малой толщины (2-3 м).

Неплохие результаты были получены при бурении ГС и на Гремихинском месторождении, залежи нефти которого характеризуются вязкими и высоковязкими нефтями. Продуктивность ГС в 2 раза выше продуктивности работающих соседних вертикальных скважин. Примерно такие же результаты были получены и на других месторождениях Удмуртии (Чутырско-Киенгопском, Ончугинском и др.).

Анализ результатов бурения всех ГС показал, что их продуктивность значительно выше, а обводненность ниже, чем у вертикальных скважин в аналогичных геологических условиях залежи. Кроме того, отмечено увеличение периода стабильной работы скважин с начальным дебитом. Средний дебит по всем пробуренным ГС на месторождениях Удмуртии составил 13,5 т/сут, в то время как средний дебит по всему действующему фонду скважин в ОАО «Удмуртнефть» -всего лишь 3,8 т/сут. Следует также отметить, что преимущества бурения ГС не исчерпываются лишь дополнительно добытой нефтью. Необходимо также иметь в виду, что при бурении ГС значительно снижается техногенное воздействие на окружающую среду. Для добычи одинакового объема нефти в 2-4 раза снижается количество скважин, а значит, сокращается сеть нефтепромысловых коммуникаций и, следовательно, возможное число порывов; обеспечивается сохранность полей, лесов и водоемов; открывается возможность вести разработку месторождений, залегающих под реками, озерами, заповедниками.

На основании обнадеживающих результатов бурения ГС в ОАО «Удмуртнефть» намечена большая программа не только по значительному увеличению объема бурения горизонтальных скважин, но и по совершенствованию технологии их проводки, сокращению затрат на их строительство. Реализации этой программы будет предшествовать целый комплекс исследовательских работ, направленных на уточнение геологического строения продуктивных горизонтов, их выработанности, выявлению не выработанных нефтенасыщенных целиков.

Уже сейчас от внедрения горизонтального бурения на месторождениях Удмуртии получен достаточно ощутимый результат. По состоянию на май 1999 года из них добыто 583,2 тыс. т нефти. Средний дебит по этим скважинам составил 13,7 т/сут, в то время как по вертикальным скважинам в тех же условиях он не превышает 4-5 т/с. С начала внедрения получено прибыли от реализации нефти 4200 тыс. руб. При капитальных вложениях на бурение одной горизонтальной скважины в 2450 тыс. руб. срок окупаемости по ценам реализации нефти в 1999 г. составил 1,6 года.

Одной из значительных проблем на поздней стадии разработки нефтяных месторождений является высокая обводненность добываемой продукции, произошедшая в результате целого комплекса факторов за длительный период эксплуатации скважин. К основным из этих факторов можно отнести систему разработки с использованием различных вариантов заводнения, коллекторские свойства пластов, высокие депрессии на пласт при насосной добыче нефти. По этим причинам многие скважины достигли предельной степени обводненности, когда дальнейшая добыча нефти из них становится нерентабельной. Сегодня в действующем фонде добывающих скважин по ОАО «Удмуртнефть» находятся почти 4 тысячи скважин, из которых более 25 % относятся к высокообводненным (более 90 %). Для перевода этого фонда скважин в категорию рентабельных проводится ряд геолого-технических мероприятий (ремонтно-изоляционные работы, обработки призабойной зоны пласта, щадящие режимы депрессий на призабойную зону пласта и т. д.). Как показал опыт, одним из наиболее радикальных методов повышения продуктивности таких скважин с одновременным снижением обводненности продукции является зарезка боковых, горизонтальных стволов (БГС). Такой метод при предварительном изучении околоскважинного пространства пласта и правильном выборе направления горизонтальной части ствола скважины не только значительно снижает обводненность нефти за счет отхода забоя от конуса обводнения, но и, как правило, восстанавливает первоначальный дебит, что практически равноценно бурению новой вертикальной скважины. Затраты же на такие работы значительно меньше, поскольку горизонтальная часть бурится с уже ранее пробуренного вертикального ствола скважины.

Результаты бурения боковых горизонтальных стволов (отводов) показали, что дебиты скважин восстанавливаются до средних дебитов по объекту разработки в целом, а в ряде скважин превосходят их в 1,5-2 раза. Средний срок окупаемости затрат на проведенную операцию составляет около 2-х лет. Таким способом в 1998 году на месторождениях Удмуртии реанимировано более 100 малодебитных и вы сокообводненных скважин.

Бурение боковых горизонтальных стволов из высокообводненного фонда вертикальных скважин на оставшиеся невыработанные целики нефти позволяет вовлечь их в разработку. Бурение БГС довольно успешно осуществляется на турнейский объект Мишкинского и Лудошурского месторождений. Технологическая и экономическая эффективность бурения БГС достаточно высокая для условий турнейской залежи. Средний дебит БГС превышает дебит соседних вертикальных скважин в 5-8 раз.

Стоимость бурения одной скважины с боковым горизонтальным стволом составляет в среднем 1245 тыс. руб.

На Лудошурском месторождении турнейский объект находится в завершающей стадии разработки, где отобрано уже более 90 % начальных извлекаемых запасов нефти. Тем не менее бурение БГС даже на такой стадии разработки оказалось эффективным. Это говорит о том, что бурение БГС дает возможность не только повышать темпы нефтедобычи, но и увеличивать нефтеотдачу пластов. В настоящее время институтом «УдмуртНИПИнефть» разработаны критерии выбора скважин для бурения горизонтальных стволов скважин, на основании которых совместно с геологическими службами НГДУ проводится выбор объектов для разработки месторождений горизонтальными скважинами и боковыми горизонтальными стволами. Наиболее перспективными в этом отношении являются низкопродукгивные залежи верейского горизонта, разработка которых вертикальными скважинами в современных экономических условиях является нерентабельной. Составлены проектные документы на верейские залежи Ижевского и Южно-Киенгопского месторождений, по верейской нефтяной оторочке Чутырско-Киенгопского, в перспективе - по верейской залежи Красногорского, Мишкинского и других месторождений.

Говоря о достигнутых положительных результатах разработки месторождений с применением горизонтальных скважин, следует обратить внимание на неиспользованные потенциальные возможности этого метода. На пути к еще большему успеху лежат нерешенные проблемы как научного плана, так и технического оснащения буровых бригад современным оборудованием и целым комплексом навигационных приборов. На стадии проектирования разработки новых и особенно размещения ГС. на старых месторождениях следует основываться на более глубоком изучении нефтенасыщенных залежей с использованием последних достижений промысловой геофизики, например трехмерной сейсмики, по результатам которых строить геологические и геологоматематические модели разработки месторождений. Отсутствие современной геофизической аппаратуры для исследования горизонтальных участков ствола скважины, основанного на методах BK, ЯМК, AK, импульсно-нейтронных методах, не позволяет иметь достоверную информацию по стволу скважины. Для проведения качественных промысловых исследований в горизонтальной части ствола скважины, таких как определение интервалов притока жидкости, источников обводнения, замер давления в различных точках горизонтального участка, состава жидкости по профилю притока, требуется специальное аппаратурное оснащение.

Взявшим курс на стабилизацию добычи нефти путем широкомасштабного горизонтального бурения нефтяникам ОАО «Удмуртнефть» предстояло решить вопрос о техническом перевооружении буровых бригад. Учитывая большую потребность в таком оборудовании, а также его высокую стоимость, целесообразным было признано создание специализированных совместных предприятий с различными иностранными фирмами, которые могли бы использовать собственные передовые технологии по изготовлению бурового оборудования. С российской стороны было решено привлечь оборонные заводы Удмуртской Республики с их высокой технической оснащенностью и кадровым потенциалом.

Первое совместное российско-американское предприятие было зарегистрировано в ноябре 1996 года с известной американской компанией «SWACO». на него была возложена задача наладить выпуск высокопроизводительной и малогабаритной системы очистки бурового раствора, гидравлических забойных двигателей с изменяемой геометрией, а также оказывать сервисные услуги по их ремонту и технической поддержке. Производство оборудования размещено на Боткинском машиностроительном заводе.

В декабре 1996 года было зарегистрировано совместное российско-американское предприятие по выпуску буровых долот с алмазным оснащением рабочей части. Учредителями его, кроме ОАО «Удмуртнефть», вновь выступило государственное производственное объединение «Воткинскнй машиностроительный завод», а также американская фирма «Diamond Products International».

Первая партия долот изготовлена в мае 1997 года. В настоящее время СП «УДОЛ» выпускает 28 типоразмеров долот диаметром от 83 до 295 мм.

Результаты испытания алмазных долот на месторождениях Удмуртии показали их высокую эффективность по сравнению с отечественными 3-шарошечными долотами. В 3-5 раз увеличилась проходка, на 2-8 суток сокращен цикл строительства скважин. При столь высоких показателях себестоимость производства буровых долот снижена в среднем на 20-30 %.

В апреле 1997 года в республике зарегистрировано совместное российско-канадское предприятие по выпуску нефтепромыслового оборудования. С российской стороны учредители остались те же, с канадской фирма по производству нефтяного оборудования «DRECO». Совместным предприятием намечен выпуск мобильных буровых установок и буровых насосов. Отличительной особенностью буровых установок является простота сборки, небольшие габариты и маневренность при большой грузоподъемности. Сама буровая мачта представлена двумя секциями с телескопическим выходом и размещена на подвижной платформе. Применение отечественных квадратных профилей вместо трубных позволяет значительно уменьшить вес конструкций, а значит, значительно экономить металл без снижения прочностных характеристик. Конструкция предусматривает существенное улучшение условий работы буровых бригад в самых суровых климатических условиях России. Она рассчитана на высокую проходимость в условиях бездорожья и по сыпучему грунту.

Буровые насосы, выпускаемые этим же СП, также отвечают всем требованиям мирового машиностроения. Они могут применяться для нагнетания тампонажных смесей при цементировании скважин, гидравлическом разрыве пластов, пескоструйной перфорации, при бурении горизонтальных скважин и т. д.

Выпускаемое буровое оборудование изготавливается в основном из отечественного высококачественного материала и отвечает всем требованиям мировых стандартов.

После выхода совместных предприятий на проектную мощность ОАО «Удмуртнефть» сможет не только полностью обеспечить свои потребности по оснащению буровых бригад, цеха по повышению нефтеотдачи, но и выйти на внутренний рынок сбыта.

Организация новых масштабных производств нефтепромыслового оборудования решает не только одну из актуальных задач нефтедобывающей отрасли, но и в не меньшей мере социальные вопросы Удмуртской Республики, основными из которых являются сохранение рабочих мест в незагруженных производством заводах оборонного комплекса, а также поступление в бюджет республики дополнительных финансовых средств.

Говоря о строительстве горизонтальных скважин и скважин с боковыми горизонтальными стволами, нельзя не обратить внимание на недавно созданную специализированную структуру - ООО «ТехИнформСервис», которой в короткие сроки пробурена 61 горизонтальная скважина, 50 боковых горизонтальных стволов и 86 наклонно-направленных скважин в различных регионах России и за рубежом.

При тесном сотрудничестве ООО «ТехИнформСервис», ЗАО «Первая национальная буровая компания», «Иждрил», «Удол», «Исот» и оборонных заводов Удмуртской Республики разработаны, изготавливаются и внедряются:

- мобильные буровые установки грузоподъёмностью 125, 160, 200 т;

- насосные агрегаты мощностью 310 и 650 л. с.;

- установка буровая для бестраншейной прокладки трубопроводов;

- буровые долота PC и РДС размером от 112 до 295 мм, керноотборные бурильные головки (РДС), которые обеспечивают вынос керна на 92-100 %;

- оборудование для приготовления и очистки буровых растворов, которые конкурентны с западными образцами, но на 20 % дешевле;

- телеметрические системы МСТ-45 и МСТ-45 ГК;

- керноотборный снаряд, предназначенный для отбора керна в горизонтальных скважинах и работающий на валу винтового двигателя,