Проектирование строительства горизонтальных скважин в Западной Сибири

«Бурение и нефть» апрель 2004 г.

Созданный одним из первых в период перехода к рыночной экономике в Западно-Сибирском регионе Сибирский научно-исследовательский и проектный институт «Нефтяные горизонты» в настоящее время выпускает проектную продукцию высокого качества с использованием современных автоматизированных систем проектирования строительства скважин и компьютерных программ сметных и экологических расчетов

В годы советской власти разработкой проектно-сметной документации (ПСД) на строительство скважин занимались государственные проектные институты. При отсутствии конкуренции это не способствовало повышению качества проектирования и надежности строительства скважин. С переходом к рыночной экономике в России возникли благоприятные условия для разработки ПСД на конкурентной основе.

В 90-х гг. не было необходимых технологических регламентов, поэтому методической основой строительства горизонтальных (ГС) и пологих наклонно-направленных скважин (ПННС) служила проектная продукция. От её качества и правильного выполнения требований к бурению скважин зависел успех внедрения технологий разработки нефтегазовых месторождений горизонтальными скважинами не только в Западной Сибири, но и России в целом.

В 1992 г. на опыте строительства пионерных горизонтальных скважин Самотлорского месторождения АО «Горизонт-Сервис» разработало проекты, по которым началось промышленное бурение первых горизонтальных скважин в Западной Сибири. В то время ПСД для строительства ГС и ПННС на месторождениях Западной Сибири разрабатывалась региональными государственными институтами на основе регламентов для обычных технологий наклонно-направленного и вертикального бурения. Все проектные институты находились на значительном удалении от потребителей ПСД (буровых и добывающих предприятий), за пределами Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого округов, в лучшем случае в Тюмени или Уфе. Это приводило к «заочной» разработке ПСД. В результате, не имея практического опыта строительства таких скважин и необходимых регламентов на новые технологии, выпускали ПСД с большой вероятностью риска осложнений и неудач. Завышались расходы материалов и оборудования, сроки строительства, отсутствовали разделы, связанные со спецификой строительства ГС и ПННС. Институты не могли обеспечить надлежащий авторский надзор за ходом строительства скважин с оценкой соответствия фактических данных проектным.

В апреле 1994 г. в Нижневартовске на базе отдела проектирования ЗАО «Горизонт-Сервис» создан Сибирский научно-исследовательский и проектный институт «Нефтяные горизонты» (СибНИПИ «Нефтяные горизонты») с представительствами в Нефтеюганске, Когалыме и Тарко-Сале. Помимо разработки ПСД, институт занимается исследованием результатов строительства ГС и ПННС, получаемых при технико-технологическом и геофизическом сопровождении скважин с использованием отечественного оборудования. Результаты анализа новых технологий послужили основой технических требований к конструированию телеметрических систем и геофизических комплексов при производстве геонавигационного оборудования НПП «Самарские горизонты» [1–3].

Впервые с 1992 г. в главы рабочих проектов — «Геофизические работы», «Конструкция скважины», «Буровые растворы», «Углубление», «Освоение скважины» стали закладывать использование отечественных компьютеризированных станций геолого-технических исследований (ГТИ), забойных телеметрических систем (ЗТС) со станциями управления, автономных геофизических комплексов, спускаемых на бурильных трубах, специальных отклонителей для горизонтального бурения, технологий формирования ствола скважины и выноса шлама, безглинистых буровых растворов на основе биополимеров и других реагентов зарубежных фирм, противопесочных фильтров, новых технологий освоения скважин (например, свабирование), новую организацию буровых работ. Много внимания стали уделять разделу охраны окружающей природной среды и недр.

При разработке первых проектов на строительство скважин с отклонением забоя от вертикали до 2000 м и более на Мамонтовском и Южном месторождениях учитывались технические возможности буровых станков БУ-3000ЭУК. Установлен факт снижения техногенного воздействия на окружающую природную среду (ОПС) при строительстве горизонтальных скважин и решено противоречие между экологическими запретами и целесообразностью разработки нефтегазовых месторождений в водоохранных зонах и на территориях приоритетного природопользования [3].

За 10 лет СибНИПИ «Нефтяные горизонты» разработал 107 рабочих проектов (групповых, зональных и индивидуальных) на строительство скважин и более 30 дополнений и типовых рабочих проектов на консервацию и ликвидацию скважин (рис. 1).

Ретроспектива разработанных институтом проектов отражает прогресс развития техники и технологий строительства скважин вообще и горизонтальных скважин в частности.

Рис. 2. Куст горизонтальных скважин № 2042 Самотлорского месторождения

Образцом наиболее сложных проектных работ является самый крупный в России куст № 2042 из 12 горизонтальных скважин опытного участка пласта АВ11+2 («рябчик») на Самотлорском месторождении. Куст построен в 1996 г. по радиально-лучевой схеме (рис. 2) с длиной горизонтальных стволов 500 м [2]. При их строительстве впервые апробирована отечественная геонавигационная технология, объединяющая в единый комплекс три информационные системы:

  • компьютеризированную станцию геолого-технологических исследований (ГТИ);
  • забойную телеметрическую систему с электромагнитным каналом связи;
  • автономный аппаратурно-методический комплекс для геофизических исследований на бурильных трубах.

Семилетний срок эксплуатации участка показал целесообразность освоения трудно извлекаемых запасов нефти пласта АВ11+2 («рябчик») Самотлорского месторождения системой горизонтальных скважин.

В середине 90-х гг. по проектам института построено несколько десятков скважин с отходом забоя от вертикали до 2500 м на Мамонтовском, Южном, Покамасовском и Мегионском месторождениях [3]. Необходимость строительства таких скважин продиктована труднодоступностью залежей нефти, расположенных под природоохранными зонами, промышленными объектами и городской инфраструктурой. Разбурен участок Мамонтовского месторождения, находящийся под городом Пытьях. Построены десять скважин (с отходами 1500–1900 м) под водоохранную зону озера Неримлор Нонг-Еганского месторождения [4]. На Южном месторождении благодаря пробуренным ПННС количество кустовых оснований уменьшилось в два раза, построена скважина с рекордным в Западной Сибири отходом от вертикали: на кровлю пласта ЮВ1 — 2478,7 м и на забой — 2539 м (рис. 3).

Рис. 3. Фактический профиль и конструкция скважины № 165 Южного месторождения

С экологической точки зрения наиболее эффективно строительство скважин с отдаленным забоем и горизонтальным окончанием ствола. Горизонтальная скважина № 826 Нонг-Еганского месторождения строилась с использованием геонавигационных технологий. Проектный пласт БВ2 вскрыт под зенитным углом 86° при фактическом отходе забоя на кровлю 1013 м (рис. 4). При длине горизонтального ствола 407 м, пройденного в пятиметровом коридоре, общий отход ствола скважины от точки заложения до достигнутого забоя составил 1420 м. В горизонтальный ствол спустили закрытый сетчатый многослойный фильтр-экран ЗСМФЭ-146, предотвращающий вынос песка и повышающий надежность внутрискважинного и нефтепромыслового оборудования. В первый год эксплуатации среднемесячный дебит ГС № 826 составил 172 т/сут. (при динамическом уровне 255 м и обводненности продукции 3,5%), что в три раза выше дебита соседних скважин [31].

Рис. 4 Профиль горизонтальной скважины № 826 Нонг-Еганского месторождения

Рис. 5 Фактический профиль глубокой горизонтальной скважины № 1231 Восточно-Таркосалинского месторождения

Большая глубина нефтегазоконденсатных залежей Севера Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции с высокими забойными температурами и давлениями диктует утяжеление конструкции скважин, требует применения специальных телеметрических систем и геофизических комплексов. Первые глубокие ГС начали строить по инициативе ЗАО «ГОРИЗОНТ-СЕРВИС-ГЕОНАВИГАЦИЯ» на Восточно-Таркосалинском месторождении по проекту, разработанному СибНИПИ «Нефтяные горизонты» [5, 6]. Промышленные запасы нефти приурочены к пласту БП16 с высокой неоднородностью (песчаники с прослоями аргиллитов) и низкой проницаемостью. Глубина залегания пласта 3100–3200 м, пластовое давление — 32 МПа, температура 114С. Для реализации проекта в НПП «Самарские горизонты» была создана телеметрическая система ЗТС-172, позволяющая работать в экстремальных термобарических условиях. Успешный ввод в эксплуатацию скважины № 1231 подтвердил правильность проектных решений и открыл массовое строительство глубоких ГС.

Традиционные технологии проводки наклонно-направленных скважин не обеспечивали максимального соответствия фактической траектории ствола скважины проектной, а строительство ГС было ограничено допустимыми для традиционных технологий толщинами продуктивного пласта (не менее 10 м). Впервые в отечественной практике по проектам СибНИПИ «Нефтяные горизонты» реализованы технологии, радикально изменившие способ управления траекторией ствола при бурении с отклонителем и бескабельной телеметрической системой посредством вращения колонны бурильных труб (турбороторный способ) [3, 7, 8].

На рис. 6 показаны траектории 260-метровых горизонтальных стволов скважин № 201331 и 201336 Уренгойского НГКМ, пробуренных в метровом и 60-сантиметровом коридорах нефтяной оторочки пласта БУ11 соответственно. Горизонтальная скважина № 201331 стала рекордной для ОАО «Газпром» как по точности проводки, так и по дебиту нефти (более 100 т/сут.) [8].

Рис. 6. Траектории горизонтальных стволов скважин № № 201331 и 201336

Турбороторный способ высокоточного и скоростного бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин обеспечил доведение больших нагрузок на долото благодаря снижению сил трения и сокращению миниприхватов бурильных труб. Уменьшилось время воздействия бурового раствора на продуктивный пласт, улучшился вынос шлама из пологих и горизонтальных участков ствола, повысилось качество подготовки ствола для спуска эксплуатационной колонны с пакером, жесткими центраторами и фильтрами.

Проектная и супервайзинговая деятельность института СибНИПИ «Нефтяные горизонты» способствовала пропагандированию технологий строительства пологих и горизонтальных скважин и радикальному изменению взглядов нижневартовских, когалымских, нефтеюганских, лангепасских, варьеганских, покачевских, уренгойских и тарко-салинских нефтяников и газовиков на принципы разработки месторождений углеводородов. Десятки пионерных горизонтальных скважин, построенных по рабочим проектам института, обеспечили не только трех-пятикратное увеличение дебитов нефти, но и сделали рентабельной разработку месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов, увеличили период безводной эксплуатации скважин, сократили количество построенных скважин, уменьшили число кустовых оснований, протяженность дорог, линий электропередач, трубопроводов, коммуникаций и тем самым снизили техногенное воздействие на окружающую природную среду. Это стало возможным благодаря комплексному подходу при внедрении новых технологий по схеме (рис. 7).

Рис. 7. Схема информационных потоков при разработке ПСД

Институт СибНИПИ «Нефтяные горизонты» органично вписывается в учебно-научно-проектную и производственную структуру инжинирингового объединения «ГОРИЗОНТ-СЕРВИС-ГЕОНАВИГАЦИЯ», ориентированного на создание и применение российского оборудования, технологий и программного продукта для проектирования и технико-технологического сопровождения строительства скважин, разработки месторождений нефти и газа, обучение специалистов высоким технологиям (рис. 8) [9].

Рис. 8. Структура инжинирингового объединения «ГОРИЗОНТ-СЕРВИС-ГЕОНАВИГАЦИЯ»

Объединением «ГОРИЗОНТ-СЕРВИС-ГЕОНАВИГАЦИЯ» разработано и изготовлено более 60 комплектов телеметрических систем (ЗТС-195, ЗТС-172 и ЗТС-108) для контроля навигационных и геофизических параметров в процессе бурения скважин и при прокладке коммуникаций бестраншейным методом, оборудование для технического обслуживания забойных телеметрических систем, скважинные противопесочные фильтры, мобильные геонавигационные комплексы. Продукция объединения защищена более 100 патентами на изобретения и свидетельствами на полезные модели, 8 свидетельствами на программы для ЭВМ.

Объединение «ГОРИЗОНТ-СЕРВИС-ГЕОНАВИГАЦИЯ» является патентодержателем новых технико-технологических решений в области геонавигационного оборудования и интеллектуальных скважинных систем управления разработкой трудно извлекаемых залежей нефти, газа и газовых гидратов. Науку в объединении представляют академик РАЕН, Заслуженный деятель науки и техники РФ А. Г. Калинин, академик РАЕН, Заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат премии Правительства РФ К. С. Басниев, академик РАЕН 3. С. Алиев, академик Поволжского отделения РАЭН Ю. И. Стеблев. Ученые объединения участвуют в уникальных проектах — Федеральной программе Минпромнауки РФ «Создание технологий извлечения нетрадиционных видов углеводородов (газогидратов)», НИОКР Газпрома «Создание научных основ разработки месторождений природных газов системами интеллектуальных скважин», разработке Юрхаровского нефтегазо-конденсатного месторождения под акваторией Тазовской губы горизонтальными скважинами большого диаметра с отдаленными от вертикали забоями на 3–5 км.

По разработанным СибНИПИ «Нефтяные горизонты» проектам и регламентам построены сотни наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин на десятках месторождений нефтегазовых компаний «ТНК», «ЛУКОЙЛ», «Сургутнефтегаз», «ЮКОС», «СИДАНКО», «Славнефть», «Пурнефтегазгеология».

В настоящее время институт совместно с научно-исследовательским и проектным центром газонефтяных технологий РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина создает информационную систему технико-технологического контроля строительства скважин. Целостная многоуровневая автоматизированная система обеспечивает обмен информацией между иерархиями проектирования, строительства и эксплуатации скважин. Информация, полученная при строительстве предыдущей скважины разрабатываемого месторождения, используется для создания последующих скважин, обеспечивая корректировку рабочего проекта.