Технология бурения скважин типа slim hole и ее преимущества



В статье представлено исследование по технологии бурения скважин с тонкими стволами (малого диаметра), а также преимущества и их применение.Поскольку в нефтяной промышленности существует высокий спрос и технологии развиваются быстрыми темпами, в настоящее время существует тенденция бурения скважин дешевым, безопасным и более эффективным способом.

Ключевые слова: тонкие стволы,горизонтальные скважины, боковые стволы, эффективность, экология.

Технология тонких стволов для разведочного бурения

Такие технологии могут быть очень полезны в отдаленных зонах для разведки. В таких областях возрастают как риски, так и потенциальные выгоды из-за отсутствия инфраструктуры или присутствия компании, дорожное строительство и логистика могут быть дорогими. В этой ситуации внедрение концепции бурения скважин малого диаметра может стать привлекательным. Метод может быть более эффективным в таких областях, используя меньшие буровые установки и оборудование, где его можно легко транспортировать на вертолете или по существующей дороге без необходимости модернизации [4].

В таких скважинах используется меньше буровых растворов, обсадных колонн, цемента, воды, дизельного топлива, и они образуют меньший объем шлама и требуют меньше людей для эксплуатации и поддержки буровой системы. Воздействие на окружающую среду при разведке и добыче также играет важную роль.

Как показано на рисунке 1, размер участка скважины уменьшился на 75 процентов, расход бурового раствора и шлама сократился на 75 процентов, а диаметр скважины уменьшился на 50 процентов. Общая стоимость снизилась с 40 % до 60 % по сравнению с обычной скважиной [4].

Рис. 1. Технология тонких стволов снижает затраты как на скважину, так и на площадку [7]

В 1990 году BP Exploration (BPX) определила потенциальные преимущества исследования тонких скважин. Это исследование было проведено в полевых исследованиях под руководством BPX, чтобы исследовать силу и слабость бурения скважин [4].

BPX пробурила шесть скважин для программы оценки на месторождении Plunger Field, Англия. BP зафиксировала 70 % экономии при подготовке площадки, чем обычная установка.

Экономия времени на установку и cпуск оборудования уменьшенного диаметра позволило снизить транспортные расходы на 60–70 %.

В одном исследовании скважин меньшего размера ствола зафиксировано шестикратное уменьшение объема шлама и, как следствие, снижение стоимости утилизации.

Была достигнута экономия за счет сокращения расходных материалов, таких как раствор, цемент и мазут [5].

Технология тонких стволов для горизонтального бурения

В конце 1991 года компания Oryx energy разработала концепцию программы горизонтального бурения на месторождении Pearsall, расположенном в Южном Техасе. Было решено разработать обширную программу горизонтального бурения для бурения новых скважин в этой области.

На рис. 2 показана типичная пробуренная скважина в трещиноватой формации Остин Мел.

Рис. 2. Типичная конфигурация ствола скважины в формации Остин Мел [3]

Идея заключалась в том, чтобы снизить затраты в тех районах, где продуктивные нормы не зависят от размера бокового ствола скважины. Потому что использование меньших буровых или ремонтных установок и меньшего размера обсадной колонны может минимизировать стоимость бурения в горизонтальных скважинах.

Результаты Oryx, полученные в ходе бурения горизонтальных скважин, показали значительное снижение затрат. На основании результатов второй скважины, выполненной в очень типичных условиях, обнаруженных при бурении на месторождении Pearsall, была обнаружена полная потеря циркуляции. Несмотря на то, что показатели бурения были эквивалентны тем, которые наблюдаются в более крупных, обычных скважинах, затраты были значительно снижены. Цена горизонтальных скважин сократилась на 20 %.

Бурение боковых стволов. Baker Huges и Husky Oil Operation (Hollies and Szutiak, 1997) сообщили об успешном применении технологий бурения тонких скважин для решения проблемы бурения при повторном входе в скважину на месторождении Rainbow Lake. Горизонтальная секция имела проблемы бурения, такие как дифференциальное прилипание, потеря циркуляции, перекрывающая газовая шапка и кислые забойные зоны.

Завершение этих скважин прошло не дороже, чем обычных скважиня большого размера. Даже показатели добычи были одинаковыми для тонких скважин и обычных. Экономия благодаря тонкому профилю с двойными стволами составила 10–15 %.

К тому же, было проведено сравнение полезного времени и затрат на бурение обычных боковых стволов и стволов с малым диаметром. Последний был самым эффективным по времени и стоимости. После изучения опыта, полученного в результате бурения стволов с малыми диаметрами, был сделан вывод о значительном снижении стоимости со временем, а длина боковой части также значительно увеличилась.

Использование технологии тонких стволов обеспечивает значительное экономическое преимущество по сравнению с обычной практикой за счет снижения стоимости бурения. Сообщается, что результаты бурения тонких стволов оказываются эффективными. Учитывая текущее состояние нефтяной промышленности, экономия затрат является очень важным аспектом из-за сокращения капиталовложений.

Экономия может быть достигнута в различных категориях, включая: [3]:

– Использование небольших буровых установок и ремонтных установок;

– Уменьшенные размеры конструкций;

– Меньшая площадь площадки и более легкая мобилизация оборудования;

– Меньше капиталовложений;

– Минимизированные отходы бурения и другие затраты, связанные с размером ствола

– Меньше объема шлама, скорости и времени установки, затрат на цементирование, раствор и топливо.

– Меньший объем шлама позволяет более эффективно очищать раствор или использовать более дешевый раствор.

– Легче бурить, оценивать и выполнять заканчивание скважин благодаря уменьшенным размерам обсадной колонны.

Совокупный опыт Carter Oil Co показал значительную экономию в 162 000 долларов США при бурении тонких скважин. В этом случае скважины с тонкими отверстиями указывают на значительное экономическое преимущество по сравнению с обычным бурением, если используется оборудование с тонкими отверстиями соответствующего размера [2].

Во время операции бурения важно учитывать количество объема шлама, объем бурового раствора, цемента и жидкости для заканчивания, которые необходимо утилизировать.

В связи с растущими затратами, связанными с удалением отходов, нефтяная промышленность ищет новые технологии, которые меньше загрязняют окружающую среду, требуют меньшего объема раствора, шлама и цемента. Одним из способов достижения этого является уменьшение диаметра пробуренного ствола. Например, тонкая скважина с размером ствола, равным половине обычного, позволяет уменьшить объем шлама примерно до 25 % от обычного объема. Это значительно снизит стоимость утилизации отходов.

Снижение воздействия бурения на окружающую среду становится все более приоритетным для нефтяных компаний. Таким образом, бурение тонких скважин может быть новой технологией, которая уменьшает воздействие на окружающую среду и способствует снижению уровня шума, выхлопных газов и отходов. Этот аспект уже важен, так как окружающая среда становится все более важной для бурения скважин в будущем. Поэтому отрасль должна изменить свои действия и внимательно рассмотреть этот экологический аспект. И технология тонких отверстий дает возможность минимизировать отходы, это можно увидеть по следующим факторам:

– Сокращение подъездной дороги, пути и площадки обусловлено весом и размерами компонентов буровой установки.

– Размер площадки в 6 раз меньше, чем обычная площадка.

– Объемы отходов бурения уменьшаются.

Использование небольшого оборудования при бурении тонких скважин делает его особенно подходящим для участков, требующих небольшого воздействия на окружающую среду.

Мощность, необходимая для закачки бурового раствора для бурения тонких скважин, также меньше, чем у обычной, что снижает расход топлива и загрязнение воздуха. Использование тонкой оснастки уменьшит шум.

Тем не менее, экономия, достигнутая за счет снижения затрат на бурение скважин малого диаметра, может быть снижена увеличением механических отказов, уменьшением длины боковых стволов и отсутствием управления направлением стволов [3]. С точки зрения нефтяной промышленности, технология бурение тонких скважин ставит новые задачи для нефтяных месторождений [1]:

– Необходимо рассмотреть и изучить проблемы испытания пласта в скважинах малого диаметра.

– Операция цементирования может стать затруднительной в отношении затрубного пространства и разрушения слабых пластов из-за высокого давления насоса, необходимого для преодоления повышенного трения в малом кольцевом пространстве.

– В результате небольшого кольцевого зазора большая часть падения давления происходит именно в нем. В отличие от этого, в тех скважинах, которые пробурены с помощью обычной буровой установки, падение давления происходит в трубе.

Кроме того, глубина может быть ключевым ограничивающим фактором при проектировании скважины. Тем не менее, многие из технологических достижений позволяют достичь 17000 футов. Недавно компания Chevron сообщила о конструкции скважины с тонкими отверстиями при увеличении глубины до 17000 футов на месторождении Картер-Крик в юго-западном Вайоминге [6].

Некоторые из недостатков бурения тонких скважин могут заключаться в высоком показателе эквивалентной плотности циркуляции бурового раствора, который может ограничивать вес бурового раствора, ограничивать варианты заканчивания, производительность и потенциал для будущих вариантов бокового ствола, ограниченный объем получаемой первичной петрофизической информации.

Вывод. Анализируя всю информацию, можно сделать следующий вывод, что с технической и экономической точек зрения бурение скважин малого диаметра обещает значительно сократить затраты на бурение, заканчивание и ремонт.

Литература:

1. Deliac, Messirress and Thierree, 1991, Slim hole drilling -1 Mining Techniques finds Application in Oil Exploration, Oil and Gas Journal, June.
2. Flatt, H.J, 1959, Slim Hole Drilling Decreases Carter's Development Costs. SPE-1221-G, JPT. July, pp.19–21.
3. Hall and Ramos Jr, Hall (Oryx Energy Co.) AA. B. Ramos Jr.SPE-24610-MS, Development and Evaluation of Slimhole Technology as a Method of Reducing Drilling Costs for Horizontal Wells, 4–7 October, pp.681–691.
4. Murray and Spicer, 1993, Slimhole Exploration, A Case for Partnership in the Nineties, SPE/IADC 25724 Drilling Conference in Amsterdam, February 23–25.
5. Randolph, Bosio and Boyington,1991,The slimhole drilling: the story so far, Oilfield Review, July, pp.46–54
6. Weatherl and Marshall, 2005, Carter Creek Well Design Enhances Development Drilling-Economics, SPE-96239,SPE Annual Technical Conference and Exhibitio,9–12 October, Dallas, Texas
7. http://www.netl.doe.gov/kmd/cds/disk17/C %2020Drilling %20Completion %20Stimulation/NIPER-BDM-0155.pdf