Многоствольное и горизонтальное бурение

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Кафедра: «Бурение нефтяных и газовых скважин»

 

Дисциплина: «Строительство нефтяных и газовых скважин»

 

 

РЕФЕРАТ

 

на тему: «Многоствольное и горизонтальное бурение»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:  Гардер Н. Принял:  к.т.н., доц. Зозуля  Н. Е.

 

 

 

 

 

Ташкент

2014

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Термины и определения

 

2. История наклонно-направленного бурения

2.1. Отец технологии бурения горизонтально-разветвленных (многоствольных) скважин

2.2. Развитие технологии

 

3. Классификация TAML

3.1.Международная  классификация многоствольных скважин TAML

 

4. Профили многоствольных скважин

4.1. Профили наклонно-направленных  скважин

4.2. Профили горизонтальных  скважин

 

5. Различные виды компоновки низа бурильной колонны

 

6. Контроль за бурением

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Вся совокупность технологий бурения различных видов многоствольных (разветвленных) скважин в англоязычных публикациях описывается термином Multi-Lateral Technology. В русскоязычных публикациях встречаются различные термины для описания этой технологии. Приведу здесь термины, единообразно описывающие различные виды скважин и боковых стволов.

 

МНОГОСТВОЛЬНАЯ СКВАЖИНА – это скважина с одним или несколькими дополнительными стволами-ответвлениями от основного ствола. Это может быть обычная эксплуатационная скважина, уплотняющая скважина или боковой ствол/стволы, пробуренные из существующей скважины. Различают многоствольные и многозабойные скважины.

Успешная многоствольная скважина, заменяющая несколько «традиционных», может снизить общие затраты на бурение и заканчивание скважин, увеличить продуктивность и обеспечить более эффективный приток нефти из пласта. Более того, применение многоствольных скважин может обеспечить более эффективное управление разработкой месторождения в целом и обеспечить повышение коэффициента излечения нефти (КИН).

НЕОРИЕНТИРОВАННЫЙ БОКОВОЙ СТВОЛ – боковой ствол скважины, пробуренный в произвольном азимутальном направлении без контроля траектории с помощью телесистемы при бурении данного бокового ствола.

БОКОВОЙ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫЙ СТВОЛ (БННС) – боковой ствол скважины, пробуренный в соответствии с проектной траекторией с заданным углом и в заданном направлении (азимуте). При бурении наклонно-направленного бокового ствола управление и контроль за траекторией бокового ствола скважины должен осуществляться с помощью телесистемы в режиме реального времени.

БОКОВОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СТВОЛ (БГС) – наклонно-направленный боковой ствол, содержащий участок с зенитным углом более 80°.

ГОРИЗОНТАЛЬНО-РАЗВЕТВЛЕННАЯ СКВАЖИНА - скважина, состоящая из основного ствола, из которого пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений). Горизонтально-разветвленные скважины можно подразделить на многоствольные (МСС) и многозабойные (МЗС).

 

МНОГОСТВОЛЬНАЯ СКВАЖИНА (МСС) – скважина, состоящая из основного ствола, из которого пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений) на различные продуктивные горизонты (пласты), при этом точка пересечения боковых стволов с основным стволом скважины находится выше вскрываемых горизонтов.

 

МНОГОЗАБОЙНАЯ СКВАЖИНА (МЗС) – скважина, состоящая из основного, как правило, горизонтального ствола, из которого в пределах продуктивного горизонта (пласта) пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений).

 

 

 
2. ИСТОРИЯ

НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

 

Для многих, возможно, будет удивительным узнать, что сама идея технологии многоствольного бурения имеет весьма давнюю историю. Первый патент на эту технологию был получен в США в 1929 году. После этого последовали дополнительные патенты и первые рудиментарные попытки осуществить бурение многоствольной скважины.

По данным некоторых источников, Лео Ранни (Leo Ranney) был первым (по крайней мере, в США), кто предпринял попытки бурить горизонтальные и горизонтально-разветвленные скважины. Ранни, канадец по происхождению, был инженером-консультантом в Техасе и Оклахоме. В 1925 году он разработал свой метод использования горизонтальных скважин для добычи нефти из истощенных месторождений. Стандарт Ойл выкупила его патент и сделала его президентом «Ranney Oil and Mining Company», дочернего предприятия Стандарт Ойл.

В 1939 году Ранни пробурил шахту глубиной 2,44 м, затем спустил туда людей и оборудование и пробурил горизонтальное ответвление. Сообщается, что он также пробурил несколько радиальных ответвлений наподобие спиц у колеса, создав, таким образом, вероятно первую горизонтально-разветвленную скважину.

Первая действительно успешная многоствольная скважина была пробурена в Башкирии в 1953 году. Это была скважина №66/45, пробуренная Александром Григоряном, которого по праву считают отцом технологии многоствольного бурения.

 

1. Отец технологии бурения горизонтально-разветвленных (многоствольных) скважин

 

В течение большей части советской эпохи официальная политика была направлена на добычу максимально возможного количества нефти. Это был стратегический товар и один из немногих экпортируемых, который можно было обменять на зерно и другие потребительские товары. Высокие требования предъявлялись к буровым организациям, чтобы они бурили как можно больше скважин. Превалировало мнение, что чем больше скважин будет пробурено, тем больше шансов, что будут найдены новые нефтяные месторождения, что в свою очередь позволит увеличить добычу нефти.

Александр Григорян был советским изобретателем и инноватором. Он придерживался точки зрения, что гораздо эффективнее увеличивать проходку ствола при бурении скважин по уже известным нефтеносным пластам, чем бурить множество скважин с поверхности в надежде попасть в предполагаемую нефтеносную зону. В 1941 году он пробурил одну из первых в мире наклонно-направленных скважин (Баку №1385), почти за 20 лет до того, как кто-либо еще начал делать подобные попытки.

В 1949 году с целью увеличения продуктивности Григорян предложил бурить горизонтально-разветвленные скважины по аналогии с корнями у деревьев, которые расходятся в разные стороны, чтобы увеличить свое присутствие в почве. С этой идеей он пришел к выдающемуся русскому ученому К. Царевичу, который подтвердил, что скважина с разветвленными стволами, пробуренными в продуктивной зоне, характеризующейся одинаковой проницаемостью, должна дать увеличение дебита пропорционально количеству стволов. Григорян протестировал свою теорию в 1953 году, когда в Башкирии на месторождении Ишимбайнефти им была пробурена скважина 66/45.

Рисунок 5. Скважина 66/45

Он пробурил основной ствол скважины до глубины 575 метров прямо к кровле продуктивного артинского яруса. После чего из этого основного необсаженного ствола он пробурил ответвления наподобие корней у деревьев. Бурение осуществлялось без установки цементных мостов, без отклонителей, что называется «на ощупь» без каких-либо специальных инструментов.

В результате скважина 66/45 имела 9 стволов с максимальным отходом от вертикали 136 метров. Общая эффективная длина всех стволов составила 322 метра. По сравнению с традиционными скважинами, пробуренными на том же самом месторождении, эффективная мощность скважины 66/45 была в 5,5 раз больше. Затраты на бурение этой многоствольной скважины были в 1,5 раза выше, при этом дебит нефти был в 17 раз больше, по сравнению с традиционными скважинами (120 м3/сут против 7 м3/сут).

Успешное бурение скважины 66/45 дало толчок дальнейшему применению этой технологии. За период с 1953 по 1980 гг. в Советском Союзе были пробурены еще 110 многоствольных скважин в Восточной Сибири, Западной Украине и вблизи Черного моря. Из них 30 скважин пробурил Александр Григорян.

Александр Михайлович Григорян, приложивший значительные усилия к развитию и практическому применению технологии, признан отцом технологии бурения горизонтально-разветвленных (многоствольных) скважин.

В 1980-х годах Григорян переехал в Лос-Анжелес, штат Калифорния, и основал там компанию «Grigoryan Branched-Horizontal Wells». Благодаря его усилиям технология бурения многоствольных скважин начала свое развитие в США. А оттуда распространилась и на другие страны.

 

2.2. Развитие технологии

 

Большая часть многоствольных скважин пробуренных с 1953 года относятся к уровням сложности 1 и 2 по классификации TAML. Бурение скважин этих уровней сложности стало настолько распространенным, что на сегодня статистика по их количеству уже не ведется. Их общее количество в мире оценивается в более 10000 скважин.

Широкое распространение применения многоствольных скважин в разработке месторождений привело к развитию и усложнению технологии:

• 1993 г. – пробурена первая многоствольная скважина по уровню 3 (Канада, провинция Альберта, компания Shell);
• 1994 г. – пробурена первая многоствольная скважина по уровню 4 (Канада, провинция Альберта, компания Shell);
• 1995 г. - пробурена первая многоствольная скважина по уровню 5 (США, Мексиканский залив, компания BP);
• 1997 г. – формирование TAML (Technology Advancement for Multi-Laterals)

До 1997 года в отношении технологии многоствольного бурения было много путаницы. Не было универсальных устоявшихся терминов, описывающих технологию. Не хватало классификации различных видов многоствольных скважин по сложности, рискам, типам сочленения стволов. В конце концов, в 1997 году по инициативе Эрика Диггинса из компании Шелл был созван форум, названный «Technology Advancement – Multi-Laterals (TAML)». Целью форума было унифицировать подходы к дальнейшему развитию технологии бурения многоствольных скважин. На этом форуме эксперты из ведущих мировых нефтяных компаний поделились своим опытом использования технологии и пришли к единой классификации многоствольных скважин по сложности и функциональности.

В 2002 году в классификацию были внесены небольшие изменения, учитывающие новейшие разработки в этой технологии.

На сегодняшний день технология многоствольного бурения имеет практически повсеместное распространение и ее дальнейшее развитие имеет весьма радужные перспективы.

Если раньше вопрос ставился так: Зачем бурить многоствольные скважины? Сейчас вопрос ставится по-другому: Зачем бурить традиционные скважины, если можно пробурить многоствольные?

 

3. КЛАССИФИКАЦИЯ TAML

TAML (Technology Advancement for Multi-Laterals) - некоммерческая организация.

Начало этой организации было положено в марте 1997 года, когда был организован международный форум для обмена опытом бурения горизонтально-разветвленных скважин, унификации подходов и определения направления дальнейшего развития этой технологии. Участниками этого неформального форума являлись BP, Norsk Hydro, Statoil, Esso UK, Exxon, Mobil, Phillips, Maersk, Texaco, Total, Chevron, Shell Oil, Shell International E&P, and Shell UK Expro.

В 1998 году был сформирован a Joint Industry Project (JIP), результатом которого стала публикация международной классификации горизонтально-разветвленных скважин (The TAML Classification System).

В ноябре 2002 года на встрече членов TAML в Калгари были переопределены цели организации исходя из современного состояния и нужд отрасли. В связи с этим она была преобразована в некоммерческую организацию на основе членства и стала открыта для вступления новых членов.

Миссия организации:

To promote the efficient development and utilization of multi-lateral technology within the international petroleum industry through education, dialogue, and information exchange.

Официальный сайт Technology Advancement for Multi-Laterals (TAML): www.taml-intl.org

 

3.1.Международная классификация многоствольных скважин TAML (Complexity Ranking):

 

С возрастанием уровня растет и уровень сложности.

 

Уровень 1

Основной ствол и боковые ответвления не имеют крепления обсадными трубами или в каждом стволе подвешенный хвостовик. Прочность сочленения и его гидравлическая изолированность целиком зависит от свойств породы, в котором находится место сочленения 

Уровень 2

Основной ствол обсажен и зацементирован, боковой ствол имеет открытый забой или оснащен хвостовиком (фильтром). Сочленение гидравлически не изолировано. 

 

Уровень 3

Основной ствол обсажен и зацементирован, боковой ствол обсажен без цементирования (возможно крепление у точки разветвления без цементирования). 

 

 

 

 

Уровень 4

Основной и боковой стволы обсажены и зацементированы (боковой ствол имеет хвостовик (фильтр)). 

 

 

 

Уровень 5

Основной и боковой стволы обсажены и зацементированы (технологическое оборудование для добычи крепится с использованием пакеров). Сочленение герметично. (Может быть, а может не быть зацементировано). 

 

 

Уровень 6

Основной ствол имеет забойное разветвление и крепление оборудования для раздельной добычи. Сочленение герметично. (Использование только цемента для герметизации недостаточно).

 

 

 

Более наглядное представление об уровнях сложности по TAML дает следующая картинка:

 
4. ПРОФИЛИ

МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН

 

Для настоящего времени при строительстве скважин характерен бурный рост объёмов наклонно направленного и горизонтального бурения. Это связано с развитием и широким распространением кустового бурения, когда с одной подготовленной площадки бурят несколько скважин, необходимость бурения которых определяется следующими причинами: