ТЕХНОЛОГИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

ТЕХНОЛОГИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ САДА Д. ДЖОШИ, Доктор Философии

Joshi Technologies International, Inc.

Тулса, Оклахома, США

Эта книга посвящается моей матери, Сумати Д. Джоши, моему отцу, Даттатрай М. Джоши и моей жене Клаудет Дж. Джоши Я благодарен моим родителям за то, что они дали мне образование, воодушевление

и уверенность. Я также в долгу перед моей женой, которая поощряла меня, дала мне стойкость и чрезвычайное понимание, что дало мне возможность выкрасть много времени у моей семьи при подготовке книги.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

ПРЕДИСЛОВИЕ Основная цель написания этой книги – суммировать современное состояние технологии горизонтальной скважины. Недавние достижения в бурении и заканчивании стали результатом быстрого роста числа горизонтальных скважин которые бурят каждый год по всему миру. Горизонтальная скважина, в какой-то степени отличается от вертикальной потому что она требует междисциплинарного взаимодействия между различными профессионалами, такими как геологи, инженеры-промысловики, инженеры-буровики, промысловые инженеры и инженеры по заканчиванию. Из-за большого объема литературы, имеющейся в разных дисциплинах, я решил разделить эту книгу на две части. Первая часть (Том 1) представлена здесь. Первая часть в основном связана с разработкой нефтяных месторождений и технологией производства.

Вэту книгу я включил имеющуюся на июнь 1990 г. литературу. Кроме того,

явключил модельные проблемы для иллюстрации применения различных теоретических решений. По возможности, ч не только рассматривал практические трудности, с которыми можно столкнуться применяя теоретические решения, но я также перечислил некоторые методы которые можно применить для достижения необходимой информации. Я включил описания историй залежей, если таковая имелась в наличии. Имеющиеся истории залежей я выбрал не только, чтобы представить успех технологии горизонтальной скважины, но и включил некоторые экономические провалы.

Внекоторой степени, написание этой книги было трудным из-за междисциплинарного характера технологии горизонтальной скважины. Книга, в основном, направлена на практикующих профессионалов, которые выполняют инженерные вычисления и принимают решения по применению горизонтальной скважины. Эта книга также может быть использована как учебник для оканчивающих высшее учебное заведение. Для менеджеров книга помогает ознакомиться с современным состоянием дел. Я также подчеркнул некоторые из недостатков технологии, существующих на сегодняшний день. Эти недостатки в

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

технологии будут полезны для инженеров-исследователей и профессиональных исследователей для определения областей будущих исследований.

Многие решения, которые я представил здесь, основаны на моем профессиональном опыте, связанном с различными проектами вертикальных и горизонтальных скважин по всему миру. Я благодарен многим компаниям с которыми у меня была возможность работать на местах. Я также благодарен всем людям, которые дали мне возможность изучить класс горизонтальных скважин. Наши обсуждения и их предложения были очень ценны для того, чтобы эта книга была полезной практикующим инженерам.

Раздел 1 этой книги – обзор технологии горизонтальной скважины и общее введение в технологию с точки зрения пласта, бурения и заканчивания. Раздел 2 в основном рассматривает инженерные концепции пласта и их

применение для горизонтальных скважин. Раздел также включает рассмотрение расстояния между горизонтальными скважинами Раздел 3 включает решения устойчивого состояния и их применение. Также

рассматриваются проблемы повреждения формации в горизонтальных скважинах.

Вдополнение к горизонтальным скважинам, в нем рассматриваются наклонные скважины. В некоторых случаях наклонные скважины более выгодны, чем горизонтальные.

Раздел 4 связана с влиянием эксцентричности скважины на производительность горизонтальной скважины. Эксцентрика скважины представляет собой вертикальное расстояние между расположением горизонтальной скважины и центром продуктивной зоны. Хотя влияние эксцентричности скважины на производительность скважины минимально, она имеет большое значение для промышленных запасов для горизонтальных скважин, пробуренных в пластах с газовой шапкой или с подошвенной водой.

Раздел 5 сравнивает горизонтальные и вертикальные скважины с разрывами. В этом разделе обсуждаются практические аспекты гидравлических разрыв вертикальной скважины, их привилегии и недостатка. Раздел также включает причины возбуждения скважины и подсчет производительности для горизонтальных скважин с разрывами.

Раздел 6 сфокусирован на кратковременном опробовании скважины. В общем, кратковременное опробование скважины высоко математический предмет. В то же время, это один из самых важных и полезных предметов для понимания поведения скважины в данном пласте. Для того, чтобы раздел был полным, я включил все необходимые вычисления и многие концепции которые являются неотъемлемой частью для интерпретации поведения горизонтальной скважины.

Раздел 7 связан с решениями псевдо-стабильного состояния. В этом разделе я перечислил различные решения для вертикальных скважин, вертикальных скважин с разрывами и горизонтальных скважин. Я также включил имеющиеся решения для частично перфорированных или частично необсаженных горизонтальных скважин.

Вразделе также описывается производительность горизонтальных скважин законченных в месторождениях с закачкой газа в пласт.

Раздел 8 исследует образование конуса обводнения и прорыв газа в вертикальных и горизонтальных скважинах. Он рассматривает многие из имеющихся решения для расчета поведения образования конуса обводнения и прорыва газа в вертикальных и горизонтальных скважинах. Он также рассматривает имеющиеся истории залежей. Истории демонстрируют не только успех но и провал горизонтальных

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

скважин в минимизировании образования конуса обводнения и прорыва газа. В разделе также рассматриваются выгоды и риски связанные с пробной эксплуатацией вертикальных скважин для оценки потенциала горизонтальных скважин.

Раздел 9 рассматривает применение горизонтальных скважин в газовых пластах. Мо моему мнению горизонтальные скважины очень подходят для газовых пластов с низкой и высокой проницаемостью.

Раздел 10 связан с перепадом давления в горизонтальной скважине и как он важен при оценке производительности горизонтальной скважины.

Для того чтобы книга была полной, я включил Приложение А, в которой даны характеристики флюида. Приложение В включает данные по сжимаемости газа. Приложение С включает различные факторы конверсии. (Я включил Приложение С, так как книга написана на основе месторождений США, а Приложение С поможет конвертировать примеры на различные месторождения). Приложение D рассматривает различные факторы псевдо-стабильного состояния и их определения. Приложение Е состоит из таблиц коэффициентов нефтеотдачи, которые ожидаются от различных типов пластов, и различные виды механизмов вытеснения. Приложение F – словарь терминов использованных в книге. Я полагаю, что этот словарь будет полезен для людей, которые не знакомы с терминологией разработки нефтяных месторождений и технологии производства.

Кчитателя, мне будет интересно узнать ваши комментарии, предложения или вопросы по содержанию книги. Связывайтесь непосредственно со мной:

Sadanand D. Joshi, Ph.D

Joshi Technologies International, Inc.

5801 E. 41st St, Suite 603

Tulsa, OK 74135 (918)665-6419

Я считаю себя студентом этой технологии. После написания этой книги, чтении многих опубликованных работ, работы на различных промыслах я понял, что мен еще многое надо узнать, прежде чем я смогу ответить на все вопросы.

Тулса, Оклахома 6 сентября 1990 г.

ПРИЗНАНИЯ

Несколько людей помогали мне подготовить эту книгу. Во-первых, я признателен моей семье, которые поддерживали и понимали меня когда я писал эту книгу, я также благодарен инженерам нашей компании JTI, Джордж Савилле, Пралхад Н.Муталик, Доктору Венжонг Динг, которые также проводили много времени, исправляя и решая некоторые примеры, вошедшие в книгу. Без их помощи было бы невозможно закончить эту книгу.

Мне также довелось работать со многими профессионалами в нефтяной промышленности которые научили меня многим вещам и помогли мне вырасти как инженеру. Мне посчастливилось что мне помогал доктор Р.Рагхаван который научил меня мыслить рационально. Я также благодарен В.Б. (Бен) Лампкин который научил меня многим вещам в практической работе по разработке нефтяных месторождений Томасу Б. Рид из Министерства Энергетики, который в

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

части и в регионе северной части побережья Мексиканского залива США, некоторые плоскости напластования месторождения почти вертикальные. Подобным образом, в Калифорнии некоторые месторождения крутопадающие. Таким образом, анализируя поведение горизонтальной скважины, должна учитываться геометрическая конфигурация плоскости напластования месторождения.

Рисунок 1-2 Горизонтальная скважина в месторождении с вертикальной плоскостью напластования.

Типичный проект горизонтальной скважины отличается от проекта вертикальной скважины, потому что производительность скважины зависит от длины скважины. Более того, Длина скважины зависит от технологии бурения, которая используется для бурения скважины (Смотри Таблицу 1-1) 6. Поэтому, важно, чтобы инженеры-промысловики и инженеры-буровики работали вместе для выбора подходящего метода технологии бурения, которая обеспечит требуемую длину горизонтальной скважины.

Также необходимо принять во внимание схему заканчивания скважины: можно использовать скважину с необсаженным забоем, вставить хвостовик с щелевидными продольными отверстиями, вставить хвостовик с наружным пакером обсадной колонны, в зависимости от требования местного заканчивания и опыта. Вид заканчивания влияет на производительность горизонтальной скважины и определенные виды заканчивания возможны только с определенными видами технологии бурения. Таким образом длина скважины физическое местоположение скважины в месторождении, допустимое отклонение места заложения скважины, и вид заканчивания, который может быть достигнут, строго зависят от метода бурения. Поэтому, очень важно для инженера-промысловика понимать различные технологии бурения, их преимущества и недостатки. Подобным образом, инженеры-буровики, инженеры по заканчиванию, производственные инженеры, и геологи должны также понимать и оценивать различные факторы, которые влияют на производительность горизонтальных скважин. Следовательно, сотрудничество и взаимодействие разных профессионалов важно для обеспечения успеха проекта горизонтальной скважины. Проект горизонтальной скважины требует многостороннего подхода для экономического успеха.

ТАБЛИЦА 1-1 ДЛИНА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 6

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

* несколько радиальным может быть пробурено от одной вертикальной скважины **несколько дренажных скважин на разных высотах могут быть пробурены от одной вертикальной скважины + в начале 1990-х свыше 4500 футов в длину, среднего радиуса горизонтальные скважины были пробурены.

НЕДОСТАТКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Как отмечалось ранее, основным преимуществом горизонтально скважины

является большая площадь контакта с месторождением. В настоящее время мы можем мы можем бурить скважины длинной 3000 – 4000 фут, обеспечивая значительно большую площадь контакта, чем вертикальная скважина. Основным недостатком является то, что за одну горизонтальную скважину можно пробурить только одну продуктивную зону. Недавно, однако, горизонтальные скважины использовались для бурения многослойного пласта. Это можно выполнить двумя методами: 1) можно пробурить скважину типа «лестничной клетки», где длинные горизонтальные части пробуриваются в более, чем в одном пласту, и 2) можно зацементировать скважину и возбуждать ее используя расклиненные трещины. Вертикальные трещины перпендикулярные скважинам могут пересекать одну или более продуктивных зон и таким образом выкачивать многочисленные зоны. Важно отметить, что в некоторых случаях из-за крепости некоторых продуктивных зон и промежуточных барьеров невозможно соединить зоны на разных высотах путем растрескивания горизонтальных скважин.

Другим недостатком горизонтальных скважин является их стоимость. Обычно она стоит в 1.4 – 3 раза больше, чем вертикальная скважина, в зависимости от метода бурения и примененной технологии заканчивания. Стоимость приращения бурения горизонтальной скважины над вертикальной скважиной значительно сократилась за последние 10 лет. Некоторые ранние проекты горизонтальной скважины, перечисленные в Таблицах 1-2 и 1-3 показывают, что в конце семидесятых годов и в начале восьмидесятых стоимость горизонтальной скважины была в 6-8 раз больше, чем стоимость вертикальной трубы. В середине и

вконце восьмидесятых типичная стоимость бурения была в 2-3 раза больше вертикальной скважины.

Дополнительным фактором в определении стоимости является опыт бурения

вданной области. Обычно первая горизонтальная скважина стоит намного больше, чем вторая скважина. Чем больше скважин пробуривается в данной области, снижается стоимость приращения над вертикальной трубой. Таким образом, существует кривая освоения.

Производственный опыт и опубликованные результаты стоимости горизонтальной скважины в Коулд Лейк, Канада 7, Прудхоу-Бей, Аляска 8, морская акватория Индонезии 9 , морская акватория Нидерландов 10, меловая формация Остин в США 11, и формация Баккен в Северной Дакоте, США 12, показывают значительное сокращение стоимости бурения со временем и с опытом. В этих проектах обычно стоимость первой горизонтальной скважины была в один или два раза больше, чем вертикальная скважина, но после бурения нескольких скважин,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

стоимость обычной горизонтальной скважины была в 1.4 раза больше, чем стоимость вертикальной скважины. В некоторых случаях сообщалось, что, с широким опытом бурения, стоимость горизонтальной скважины почти была такой же или даже ниже, чем стоимость вертикальной скважины 7. Это говорит о том, что для достижения экономического успеха, предпочтительным вариантом является выполнение многоскважинной программы горизонтального бурения, чем одиночной скважины.

Стоимость горизонтального бурения и заканчивания 16 скважин в ПрудхоуБей, Аляска 8, показана на Рисунке 1-3а т 1-3б. Показатели демонстрируют, что стоимость бурения сократилась в начальной стадии в один раз и сохранялась постоянной за последние два года. Однако стоимость заканчивания оставалась постоянной в течение четырехлетнего периода. Как показано на Рисунке 1-4а и 1- 4б, такая же тенденция стоимости наблюдается на скважинах на Аляске и меловых формациях Остин в Техасе, соответственно. 7 8а

Рисунок 1-3а Сравнение стоимости горизонтальной и вертикальной скважины в Прудхоу-Бей, Аляска (CIM/SPE 90-124, Broman et al)

Рисунок 1-3б Сравнение стоимости бурения и заканчивания горизонтальной скважины в Прудхоу-Бей, Аляска (CIM/SPE 90-124, Broman et al)

Рисунок 1-4а Сравнение стоимости горизонтальной и наклонной скважины в Норман уэлс, Канада Рисунок 1-4а Стоимость горизонтальной скважины меловой формации Остин, Техас

(Petroleum Engineer, pp22, April 1990)

Как указывалось выше, стоимость горизонтальной скважины в 1.4-3 раза больше, чем вертикальная скважина. Поэтому, для экономического успеха , извлекаемые резервы из горизонтальной скважины, должны быть не только пропорционально больше, но они должны быть добыты за более короткий интервал времени, чем вертикальная скважина. Если допустить, что для горизонтальных и вертикальных скважин отношение количества добытой нефти к первоначальному содержанию её в пласте в процентах одинаковое, (например, баррели, добытые на акр-фут одинаковые), тогда для достижения больше извлекаемых резервов, горизонтальные скважины должны бурится с большей расстановкой скважин, чем вертикальные скважины.

ПРИМЕНЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Горизонтальные скважины эффективно использовались в следующих

случаях (список ранних проектов дан в Таблицах 1-2 и 1-3) 2,3 :

1. В пластах с естественной трещиноватостью горизонтальные скважины применялись для пересечения трещин и эффективного выкачивания их и пласта (примеры: формация Баккен 12, 13 Северная Дакота, США; меловая формация Остин, 14, 15 Техас, США, девонский глинистый сланец 16,17, Западная Вирджиния, США)

2. В пластах с проблемами образования водяного конуса и прорывов газа, горизонтальные скважины применялись для минимизации проблем образования конуса и увеличения добычи нефти (пример: Роспо Маре месторождение, морская акватория Италии 19,18, месторождение Хелдер, морская акватория Нидрландов, 20,21, месторождение Бима, Индонезия, 9, 22, Прудхоу-Бей, Аляска 23 США, и установка Импаие Або, Нью-Мексико, США 24,25,26.