К оглавлению	УДК 622.243.24:553.981 /.982(-87)
	© Н. С. Толстой, О. В. Виноградова, 1991

Горизонтальное бурение за рубежом

Н. С. ТОЛСТОЙ, О. В. ВИНОГРАДОВА (ВНИИзарубежгеология)

Впервые бурение горизонтальных скважин было запатентовано в прошлом веке, и на протяжении столетия этот метод применялся в весьма ограниченном масштабе для решения конкретных технических задач. Использование горизонтальной проходки при бурении нефтяных и газовых эксплуатационных скважин началось в 1980 г. в США и в последние годы прогрессивно развивается. В 1990 г. в общем объеме бурения зарубежных стран (более 50 тыс. скважин) число горизонтальных скважин не превышало 1 %, однако высокий темп распространения новой технологии во всем мире позволяет прогнозировать значительный рост числа горизонтальных скважин в ближайшие годы.

Стоимость одной горизонтальной скважины по сравнению с вертикальной в среднем на 40 % выше, но по мере накопления опыта некоторым компаниям удалось добиться ее значительного снижения.

Основное преимущество горизонтальной проходки - возможность увеличения объема извлекаемых УВ по сравнению с традиционной вертикальной скважиной. Характерным примером могут служить результаты горизонтального бурения в Новой Зеландии в 1990 г., где на месторождении Макки были пробурены две горизонтальные скважины. Стоимость буровых работ и испытаний в каждой из них составила 3 млн. долл., что вдвое выше обычных издержек при бурении на суше в этой стране. Однако возрастание объема полученной нефти позволило увеличить запасы месторождения на 80 млн. т, что при цене нефти 118 долл. за 1 т дало дополнительно 15 млн. долл. чистого дохода.

В настоящее время горизонтальное бурение применяется преимущественно на старых площадях, где эксплуатация залежей традиционными вертикальными скважинами перестала быть рентабельной. Наиболее эффективно горизонтальное бурение в пластах с низкими коллекторскими свойствами, а также при добыче тяжелых и вязких нефтей. Необходимое в том и другом случаях воздействие химреагентами тем результативнее, чем больший объем пласта оно охватывает, что и достигается при горизонтальной проходке.

При эксплуатации залежей в карбонатных породах с вертикальной трещиноватостью обычно требуются большое число вертикальных скважин, а также проведение операции гидроразрыва, что значительно увеличивает расходы на добычу. В этих условиях использование горизонтальной проходки позволяет одной скважиной подсекать несколько крупных трещин и каверн и снимает необходимость гидроразрыва, что значительно снижает затраты.

При эксплуатации залежей с водонапорным режимом и особенно при наличии газовой шапки горизонтальное расположение ствола скважины позволяет избежать засасывания воды и газа в пласт и дает возможность эксплуатации маломощных продуктивных пластов и «хвостов», что при традиционном бурении, как правило, нерентабельно. Так, в Канаде в 1987-1988 гг. при эксплуатации месторождения Саут Джэннер (провинция Альберта) в связи с быстрым обводнением песчаного продуктивного пласта, расположенного над мощным водонасыщенным пластом, пришлось прибегнуть к горизонтальному бурению. В результате полностью прекратилось образование конусов обводнения, а дебиты скважин возросли с 23 до 83, а впоследствии и до 400 м'/сут.

Очевидна и экологическая целесообразность использования горизонтальной проходки, так как меньшее число скважин значительно сокращает территорию производства работ.

Стоимость проводки горизонтальной скважины в начале текущего пятилетия была значительно выше, чем традиционной вертикальной, однако по мере совершенствования технологии она снизилась до традиционной. Так, на месторождении Гиддингс в штате Техас (США) впервые осуществлена программа бурения горизонтальных ответвлений от ранее отработанных стволов вертикальных скважин (длина горизонтального участка от 90 до 380 м), что сократило затраты на 75 % и за счет роста дебитов в 5 раз и более снизило период окупаемости горизонтальной скважины до 3-24 мес. При проведении аналогичной программы бурения в Аргентине на месторождении Лома-де-Лата для увеличения дебитов малопродуктивных газовых скважин было установлено, что если бурение новой горизонтальной скважины на этом месторождении обходится в 3 млн. долл., то добуривание горизонтального ответвления от старого вертикального ствола снижает затраты до 800 тыс. долл. Кроме того, если дебит вертикальной скважины в среднем составляет 20 тыс. м³/сут, то горизонтальной - 120.

Продолжительность бурения горизонтальной скважины по сравнению с вертикальной на одном и том же месторождении в 1984-1985 гг. была в среднем в 2,8 раза больше, однако к настоящему времени она снизилась до уровня, сопоставимого с традиционным.

Интенсивно нараставший масштаб применения горизонтальных эксплуатационных скважин в США в самые последние годы приобрел характер бума. Районы наибольшей активности - месторождение Прадхо-Бей северного склона Аляски, бассейн Уиллистон (штат Северная Дакота) и Гиддингс и Пирсол в поясе Остин Чок (штат Техас).

На месторождении Пирсол в верхнемеловой формации Остин Чок, представленной плотными известняками с вертикальной трещиноватостью, в период интенсивного разбуривания в 1970-е годы требовалось большое число вертикальных скважин с установкой на попадание в достаточно крупную трещину-каверну. В случае удачи получали высокие дебиты, которые, однако, быстро снижались. Кроме того, как правило, приходилось прибегать к гидроразрыву пласта, чтобы открыть необходимый доступ флюида между стволом скважины и вертикальной трещиной. С 1985 г. компания «Орикс» начала применять горизонтальное бурение. К концу 1990 г. число законченных бурением горизонтальных скважин достигло 85. Оптимальной оказалась горизонтальная проходка средней протяженностью 600-1000 м. Стоимость бурения удалось снизить на 50 % и более, а уровень добычи вырос в 100 раз (с 21,6 до 2160 т/сут).

Хотя официальные сообщения об увеличении текущих запасов нефти в масштабе страны за счет применения горизонтального бурения пока не опубликованы, по заявлению представителей американской администрации, ряд компаний переоценил свои запасы на территории США, увеличив их вдвое. В ближайшие годы ожидается широкомасштабная ревизия доказанных запасов УВ страны с учетом использования горизонтальных скважин. Этому способствует льготная политика, проводимая многими фирмами с целью стимулирования новой методики эксплуатации месторождений. Утверждаются премии, сокращаются налоги, патентуются новые технологии и разработки. Так, в 1989 г. американской фирмой «Петрольфизикс Лтд» была разработана технология многозабойного радиального бурения горизонтальных стволов из ранее пробуренных вертикальных скважин таким образом, чтобы горизонтальные ответвления служили перфорационными каналами на любом заданном уровне вертикального ствола вдоль пласта-коллектора. Подобная технология различными американскими компаниями применялась и раньше, однако фирма «Петрольфизикс Лтд» усовершенствовала ее за счет радиального расположения горизонтальных стволов для использования телескопического инструмента - уипстока, опускаемого в ствол вместе с рабочей колонной диаметром 114 мм в специально расширенную до 560 мм зону вертикального ствола. В качестве бурильной колонны используются свариваемые в единый агрегат 32-миллиметровые насосно-компрессорные трубы длиной 9-12 м. К первому звену колонны приваривается гидравлическая бурильная головка, а к последнему - специальный гидравлический регулятор движения буровой колонны. Наращивая по мере бурения, бурильную колонну опускают в рабочую вертикальную колонну и через установленный в расширенной зоне вертикальной скважины уипсток искривляют и переводят в горизонтальное положение. Вместо долота используется бурильная головка со специальной насадкой, через которую на породу воздействует высоконапорная (до 69 МПа) струя воды или бурового раствора на водяной основе. Таким способом бурят радиальные горизонтальные стволы диаметром до 100 м. Наиболее типичная скорость проходки в рыхлых породах - 0,03-0,3 м/с, а в твердых - 0,003. В коллекторских толщах (песчаниках и известняках) скорость проходки обычно колеблется в пределах 0,003- 0,05 м/с.

Техасская железнодорожная компания, занимающаяся регулированием бурения и добычи, поставила вопрос перед Сенатом США о введении льготных налогов на половину всей добываемой нефти из горизонтальных скважин в течение 10 лет. Этой же компанией предлагается разработать специальные правила, касающиеся сетки размещения горизонтальных скважин, процесса бурения и порядка заканчивания, а также режима последующей эксплуатации. К патентованию предложена новая технология размещения эксплуатационных скважин по треугольной сетке. В основу ее заложен единый «узел», состоящий из трех горизонтальных скважин, из которых одна вскрывает продуктивный горизонт в его сводовой части, а две другие - в подошве. Кровельная скважина является эксплуатационной, две подошвенные - инжекционными. Таким образом, закачка и добыча могут осуществляться одновременно.

В конце 1989 г. Французским нефтяным институтом была запатентована близкая по сути методика для добычи тяжелой нефти. По этой методике от поверхности до продуктивного пласта бурится традиционная вертикальная скважина. В пределах продуктивного пласта от вертикального ствола разбуриваются наклонные и горизонтальные ответвления, посредством которых достигаются участки, недоступные вертикальной скважине. Одна часть этих ответвлений служит инжекционными скважинами, другая - эксплуатационными. Извлечение ТУВ осуществляется путем понижения вязкости продукта, для чего через инжекционные скважины закачивается пар, в то время как через эксплуатационные скважины У'В-смесь поступает на поверхность.

Редакция американского журнала «Петролеум Инжениер Интернейшнл» учредила ряд премий за успешное проведение горизонтального бурения с горизонтальным участком от 470 до 1070 м и более. К категории горизонтальных ими предлагается относить скважины, в пределах которых имеется горизонтальный участок с отклонением ствола не менее 80°.

В течение последнего пятилетия во все большем числе стран осуществляется эксплуатация месторождений горизонтальными скважинами. Мировой опыт последнего пятилетия позволил увеличить дебиты более 1000 нефтяных и газовых скважин на месторождениях Франции, Италии, Дании, Нидерландов, Канады, Ливии, Аргентины и др. В Габоне за счет этого метода запасы месторождения Раби Коунга были увеличены на 10 %. В Северном море, как ожидают, горизонтальное бурение будет широко развито для разработки месторождений с запасами на пределе рентабельности. По заявлению директора ассоциации «Офшор Оперейтос» (Великобритания), в некоторых случаях бурение горизонтальными скважинами - единственно возможный способ эксплуатации.

Статистический анализ объемов, эффективности и экономической рентабельности горизонтального бурения обобщающего характера по всему миру пока не проводился. Однако нарастающая лавина информации в зарубежных изданиях по нефтегазовой промышленности позволяет ожидать появления такого рода работ и, возможно, вслед за ними ревизии оценок текущих запасов УВ с учетом возможности применения горизонтального эксплуатационного бурения как на новых, так и на старых месторождениях (рисунок). Прогнозируется, что в 1991 г. число горизонтальных скважин, пробуренных в зарубежных странах, увеличится на 600 % по сравнению с уровнем 1989 г. и достигнет 900, в 1992 г.- 1000 и к 2000 г.- 5000 скважин. В США будет пробурено 75 % от общего числа горизонтальных скважин.

Abstract

Spawned by technological developments late in 1980s, horizontal drilling has become a separate growth industry with its own set of economic and technical variables. The economic gap between vertical and horizontal drilling began to close in 1986, and in the years since, the development has been universally recognized as an alternative to conventional exploration and production methods.

Рисунок Объем горизонтального бурения в 1986-2000 гг. в капиталистических и развивающихся странах:

1 – всего, 2 - в Северной Америке, 3 - в прочих странах