4.3, Бурение и заканчивание скважин

Принцип бурения нефтяной скважины. Скважина строится путем бурения отверстия большого диаметра, к примеру, 914 мм, через верхние 40-60 м пород. В скважину спускается труба диа­метром 762 мм и закрепляется в ней цементом. Затем внутри этой трубы и под ней пробуривается отверстие диаметром 660 мм, час­то на глубину 500-600 м ниже поверхности, а после этого устанав­ливается и цементируется труба диаметром 508 мм.

Этот процесс повторяется вплоть до пласта, где диаметр экс­плуатационной колонны составляет 146-245 мм. Реальные размер и глубина, выбираемые для различных участков ствола, зна­чительно варьируются в зависимости от ожидаемого потенциаль­ного дебита скважины, глубины пласта, пород, которые предстоит пробурить, и возможных технических проблем.

Скважины, пробуренные на шельфе, можно разделить на сква­жины с подводным заканчиванием и скважины с расположением на платформе. Платформенные скважины заканчиваются устьевым оборудованием, расположенным на самой платформе, что позво­ляет легко производить ремонт и эксплуатацию скважины. Экс­плуатационные скважины с подводным заканчиванием оснащают­ся устьевым оборудованием, расположенным на морском дне. Подводные скважины экономически эффективны в тех случаях, когда небольшие залежи углеводородов расположены поблизости от уже существующей инфраструктуры, но до которых трудно до­браться с основной платформы, или же если все отверстия плат­формы уже задействованы для других скважин.

На некоторых разрабатывающихся в настоящее время месторо­ждениях используются только подводные скважины, прикреплен­ные к плавучей установке добычи и хранения при помощи стояка

72

высокого давления. Крупный и мелкий ремонт на подводных скважинах требует использования плавучей буровой установки. При этом временно прекращается добыча из упомянутой скважи­ны и ожидается прибытие такой установки для выполнения ре­монтных работ, что может привести к значительным потерям в добыче, а ремонт скважины, естественно, может оказаться слиш­ком дорогим, поскольку плавучая буровая установка и ее техниче­ское обеспечение обходятся дорого.

Направленное бурение. В настоящее время современная тех­нология бурения получила возможность точно регулировать на­клон и направление стволов скважин при довольно незначитель­ных дополнительных затратах. Это привело к увеличению числа направленных и горизонтальных эксплуатационных скважин.

Преимущества направленного бурения:

•S позволяет добиться лучшего охвата пласта сеткой скважин, пробуренных с одной (центральной) позиции (платформы, острова и т.п.);

•S одной скважиной пласт вскрывается на большой протяжен­ности, за счет чего дебит горизонтальных скважин обычно в 2-4 раза выше дебита вертикальных скважин;

S позволяет отклонять скважину в нужном направлении, что­бы избежать опасностей, с которыми сталкиваются при бурении, таких как, например, поступающий с небольших глубин газ или пересечение траекторий других скважин;

•S позволяет простое и легко контролируемое забуривание бо­кового ствола. Такие боковые стволы могут буриться при обнару­жении, например, нефтенасыщенных линз, зон с потенциально вы­сокой продуктивностью и т.п., или же при возникновении непред­виденных технических проблем в скважине.

Современное оборудование для направленного бурения вклю­чает забойный двигатель с отклонителем и прибор для измерения забойных параметров в процессе бурения. Забойный двигатель (турбобур, винтовой двигатель) работает на основе использования гидравлической силы раствора, возникающей во время цирку­ляции. Двигатель приводит в действие долото, в то время как бу­рильная колонна находится в неподвижном состоянии. Отклони-тель двигателя поворачивается в нужном направлении путем ма­нипулирования бурильной колонной с поверхности. После этого бурение начинается с помощью забойного двигателя без вращения колонны с поверхности. После набора заданного угла изгиба за­бойный двигатель можно убрать, а направление можно поддержи­вать при помощи установки стабилизаторов в колонне.

Стабилизаторы устанавливаются в таком месте и имеют такие размеры, которые позволяют сохранять нужное направление. При-

73

бор для измерения забойных параметров сообщает данные об из­гибе, наклоне и азимуте скважины по отношению к поверхности. Это достигается путем использования забойных датчиков и пере­дачи информации с этих датчиков на поверхность путем создания пульсирующего давления в циркуляционной системе раствора. Датчики давления и компьютеры переводят пульсирующее давле­ние в требуемые выходные данные.

Последняя имеющаяся технология направленного бурения - ро­тационные регулируемые системы (РРС). Эти приборы позволяют направлять скважину в заданном направлении, одновременно вра­щая с поверхности буровое долото. Существуют системы РРС с программным обеспечением, которые могут регулировать направ­ление скважин без значительного вмешательства операторов.

Последние разработки в области технологии приборов для из­мерения забойных данных дают возможность определять и сооб­щать характеристики пласта на поверхность в процессе бурения. Это могут быть данные о гамма-излучении, удельном сопротив­лении, нейтронной пористости и акустике, Обычно все эти данные называются каротажем при бурении (КБ). Их реальный характер помогает в процессе бурения тем, что петрофизическая информа­ция может использоваться как исходные данные при ежедневном планировании буровых работ. Результаты геологических наблю­дений могут быть проверены на основе тех же данных. Кроме то­го, когда в скважине возникают проблемы, данные КБ, получен­ные в реальном времени, могут оказаться единственными петро-физическими данными, полученными из скважины. Хотя считает­ся, что данные КБ не способны заменить традиционный петрофи-зический буровой рапорт, получаемый при стандартном каротаже, многие промежуточные интервалы глубин скважин в настоящее время исследуются исключительно при помощи КБ.

Физические параметры породы меняются в зависимости от ее возраста и типа, глубины залегания и географического положения. В настоящее время существует три основных вида буровых до­лот:

S трехшарошечное долото, имеющее зубья на концах шаро­шек. Шарошки вращаются при вращении долота, эффективно кро­ша породу под долотом. Зубья выполняются различной длины и из различных металлов для различных типов пластов;

•S долото Поли Даймонд Кристалин (ПДК), представляющее собой долото со стационарной шарошкой, скребущее породу при проходке. Долота ПДК сделаны из искусственных алмазов и вы­полняются с различными режущими конструкциями, размерами шарошек и их числом, в зависимости от пласта;

•S алмазное долото, использующее небольшие, промышленной

74

марки алмазы для измельчения породы. Оно обычно применяется для бурения особо твердых пород.

Все виды долот имеют сопло специальной конструкции, через которое на высокой скорости и под большим давлением протекает буровой раствор. Размер сопла может варьироваться в зависи­мости от специфических гидравлических требований той или иной скважины.

Три упомянутых основных видов долот имеют множество ва­риантов и сочетаний. Например, на ГТДК и трехшарошечном доло­тах для улучшения некоторых параметров может быть использо­ван природный алмаз.

Заканчивание скважины. После того как эксплуатационная скважина пробурена, она проходит стадию заканчивания путем установки на поверхности устьевого оборудования с эксплуатаци­онной колонной, через которую углеводороды могут свободно подниматься на поверхность с наименьшими потерями энергии. На выбор способа заканчивания влияют многие факторы:

S тип скважины: эксплуатационная, нагнетательная или для сброса промысловых вод;

•S ожидаемый потенциальный дебит скважины, влияющий на размер эксплуатационных труб;

•S тип углеводородов и коррозионноактивных компонентов, влияющий на выбор сортов металлов;

•S возможный вынос песка, влияющий на характер заканчива­ния скважины в продуктивном пласте;

•S наличие особых зон пласта, содержащих воду или газ, влияющих на характер заканчивания скважины в продуктивном пласте;

S планы по новому заканчивайте или забуриванию бокового ствола;

S ориентация скважины в пространстве: вертикальная, на­клонная или горизонтальная скважина;

S предполагаемые операции в скважине.

Когда основа проекта готова, выбираются размер и длина экс­плуатационной колонны. В зависимости от требований к изоляции может быть запланирована установка изоляционного оборудова­ния между различными зонами. Точные глубины и требования к спускаемому оборудованию определяются только после бурения скважины и каротажа по всей ее длине. Глубины продуктивных зон в точности идентифицируются с помощью датчиков, гаранти­рующих, что перфорация будет выполнена в нужных интервалах.

Специальные ниппели, клапаны и вспомогательные устройства в эксплуатационной колонне скважины обеспечивают безопас­ность и упрощают проведение возможных ремонтных операций в

75

скважине. Во многих случаях эти вспомогательные устройства ис­пользуются для производства и сбора данных о давлении в течение жизненного цикла скважины. Для пластов с низким пластовым давлением могут потребоваться искусственные методы подъема, например, погружными насосами или с помощью газлифта.

В случае несцементированных песчаников может потребовать­ся установка гравийных фильтров и/или экранов. В пластах с низ­кой проницаемостью или же в пластах с естественной трещинова-тостью для интенсификации добычи нефти может потребоваться проведение гидроразрыва с целью создания искусственных тре­щин в пласте.

4.4. Охрана труда и окружающей среды

Буровые установки по своей сути связаны с риском для безо­пасности: использование тяжелых механизмов, управление боль­шими блоками оборудования вручную, тяжелые эксплуатацион­ные условия. Поэтому системы контроля безопасности и окру­жающей среды (СБОС) стали в настоящее время неотъемлемой ча­стью буровых работ, а уровень СБОС постоянно повышается, бла­годаря обучению и сосредоточению внимания на вопросах безо­пасности персонала и охраны окружающей среды.

Главными отходами буровых работ являются буровой раствор и размельченная порода (шлам). Внимание операторов должно быть сосредоточено на снижении количества отходов или понижении токсичности химреагентов. Этому способствует оборудование для обработки шлама на месте, удаления шлама с забоя, установка для размельчения разбуренной породы и ее цементирования для при­дания шламу инертного характера, закачка измельченного шлама в специально выбранные пласты, применение новых экологически безвредных растворов и т.п. Использованный раствор, который может нанести вред окружающей среде, поступает обратно на ус­тановку и перерабатывается.

Экологические задачи варьируются в зависимости от места строи гельства. Например, соляные растворы могут не представ­лять проблемы при бурении на шельфе, но могут создать экологи­ческую проблему, если бурение ведется поблизости от сельскохо­зяйственных полей. Поэтому до начала строительства необходимы изучение и анализ экологической обстановки для правильного вы­бора типа бурового раствора.

Зачастую эффективность бурения повышается за счет исполь­зования растворов, считающихся относительно токсичными. С другой стороны, более высокая эффективность бурения позволяет снизить количество отходов. Размельчение разбуренной породы на

76

центральной установке может быть удовлетворительным, но их перевозка на берег может привести к утечкам и повышению риска для безопасности персонала. Вопросы эти сложные и не всегда связаны только с дополнительными затратами.