К оглавлению журнала

 

УДК 622.243.24

© H. С. Толстой, 1990

Бурение горизонтальных скважин

Н.С. ТОЛСТОЙ (ВНИИзарубежгеология)

Горизонтальная проходка скважин приводит к существенному увеличению отбора нефти, особенно в сравнительно маломощных пластах или в случае тяжелых или высоковязких нефтей. Скважина считается горизонтальной, если ее отклонение от вертикали превышает 85°, а длина проходки в 10 раз превосходит толщину горизонтального пласта.

Впервые в мире горизонтальное бурение было применено в 1984–1985 гг. в штате Техас фирмой “Сохайо Петролеум”. Скв. 1 Браун-Вейдинг глубиной 3340 м бурили на малопроизводительную и маломощную толщу песчаников свиты олмост (мел). Протяженность горизонтального участка ствола составила 580 м, общее время проходки 105 сут. В 1985 г. эта же фирма пробурила эксплуатационную горизонтальную скв. JX-2 на арктическом склоне Аляски на продуктивные песчаники садлрочит пермо-триасового возраста. Эксплуатация этого песчаного пласта осложнялась тем, что в его основании находится водонапорный горизонт, а в кровле – крупная газовая шапка. Кроме того, этот пласт-коллектор обладает высокой вертикальной проницаемостью, что приводит к частым обводнениям при эксплуатации в нижней части пласта и прорывам газа при отборе нефти в его верхней зоне.

Для того чтобы выдержать оптимальный угол наклона ствола скважины, необходимо место заложения горизонтальной скважины относить на значительное расстояние по отношению к месту заложения обычной вертикальной, бурящейся на тот же участок продуктивного пласта. Так, скв. JX-2 была удалена на 1524 м и до глубины 814 м бурилась как вертикальная, в интервале 814– 2596 м отклонение от вертикали достигло 49°, а при входе в продуктивный пласт на глубине 2632 м – 51°. До глубины 2742 м, в пределах песчаного пласта садлрочит, происходил набор необходимого угла наклона, после чего началось собственно горизонтальное бурение до глубины 3569 м при угле наклона от 80 до 90,5°. Горизонтальная проходка скважины в продуктивном пласте составила 427 м. Продолжительность бурения сократилась более чем в два раза по сравнению со временем, затраченным на бурение опытной скважины в Техасе.

Продолжительность бурения и стоимость скв. В-30 и V-20 значительно сократились и приблизились к показателям, полученным при бурении обычных скважин (таблица). Дебит скв. JX-2 в 4 раза (1645 т/сут) выше, чем в обычных эксплуатационных скважинах, пробуренных на этом же месторождении ранее (408 т/сут). Это объясняется тем, что горизонтальные скважины позволяют увеличивать площадь дренирования в 2 раза и более. Кроме того, резко снижают темпы падения пластового давления и почти полностью устраняют возможность обводнения пласта, а также засасывания газа из газовой шапки в нефтяной пласт в процессе бурения. Подобный способ проходки позволяет в 5–10 раз и более увеличивать темпы отбора нефти в маломощных пластах и трещиноватых коллекторах, а также на месторождениях, где залежи приурочены к линзам или пластам с низкими коллекторскими свойствами.

Таким образом, несмотря на то, что проходка горизонтальных скважин пока значительно дороже вертикальных, процесс эксплуатации в целом гораздо экономичнее и продуктивнее. В 1987 г. фирма “Меридиан Ойл” на месторождении Эххорн Ранг в штате Северная Дакота (США) пробурила горизонтальную скважину глубиной 4069 м. До глубины 2985 м скважина бурилась как вертикальная, до 3275 м – как наклонная, до забоя – как горизонтальная. Протяженность горизонтального участка составляла 794 м, отклонение забоя от вертикальной проекции устья – 824 м. Рекорд горизонтальной проходки (1204 м) был достигнут в 1988 г. в Канаде (провинция Альберта) при разработке тяжелых нефтей.

В последнее время бурение горизонтальных скважин стало широко применяться при эксплуатации месторождений тяжелых нефтей. В 1987 г. французская компания “Эльф Акитэн” пробурила скважину глубиной 3700 м, горизонтальная часть проходки которой составила 400 м. Американской фирмой “Эссо” была осуществлена горизонтальная проходка в 1016 м.

Комплекс мероприятий по обеспечению проходки горизонтальных скважин, применяемый компанией “Эльф Акитэн”, сводится к следующему: поддержание в движении бурильной колонны для исключения возможных прихватов; максимальные упрощение забойных компонентов и сокращение числа спуско-подъемных операций; использование на участке набора кривизны проходки роторного способа бурения, а на горизонтальном – турбинного; применение жестких забойных компоновок при низкой нагрузке на долото и износостойких долот для максимального уменьшения числа рейсов. При этом для турбинного бурения применяется специально разработанный стабилизатор с очень короткими лезвиями для исключения возможности повреждения ствола скважины. Специально сконструирован и внедрен корректирующий кривой переводник с гидроуправлением, при помощи которого угол искривления можно менять, не поднимая его на поверхность. Используется новое колонковое турбодолото со съемным грунтоносом, которое позволяет производить необходимый отбор керна.

Разработаны новые системы подземного ориентирования и коррекции азимута и зенитного угла. Замер всех необходимых параметров производится без прекращения бурения. Созданы специально для горизонтальной проходки скважин пакеты компьютерных программ, по которым рассчитывается проектная траектория скважины.

Abstract

In the last 5 years, horizontal drilling technology has come into practice of borehole operations in the USA and West Europe. To date, horizontal interval in a well reaches more than 1000 m. The method permits us to preserve the natural physical properties of reservoir and to increase fivefold its productivity. The highest effectiveness has been achieved in exploiting thin and depleted reservoirs, as well as on recovery of high-viscous and heavy oils.

Сравнительные показатели проходки горизонтальных и вертикальных скважин на арктическом склоне Аляски

Скважина

Время бурения, сут

Стоимость скважины,

млн долл.

Стоимость 1 м проходки, долл

Протяженность горизонтального участка, м

Удаленность устья от забоя, м

Горизонтальные

JX-2

48

5,4

1515

427

1524

В-30

37

4,6

1207

Нет св.

Нет св.

V-20

31

3,9

925

305

2530

Вертикальные

20

2,5

764