В условиях месторождений Западной Сибири бурение горизонтальных и боковых стволов получило широкое распространение как один из наиболее результативных способов повышения нефтеотдачи пластов. Применение таких технологий особенно оправдано на поздних стадиях освоения залежей, когда традиционные методы вскрытия и эксплуатации уже не обеспечивают требуемого уровня извлечения углеводородов. В этих условиях возрастает значение технических решений, позволяющих вовлекать в разработку трудноизвлекаемые и остаточные запасы, а также восстанавливать эксплуатационный потенциал ранее пробуренных скважин.

При бурении наклонно-направленных скважин используется турбинно-роторная технология, при которой вращение долота осуществляется как за счёт работы турбобура, размещённого в нижней части бурильной колонны, так и за счёт вращения всей колонны от наземного ротора. Функционирование турбобура обеспечивается потоком бурового раствора, подаваемого под высоким давлением, причём режим его работы определяется типом применяемого оборудования и техническими параметрами, установленными производителем.

Выбор способа зарезки бокового ствола определяется техническим состоянием скважины, особенностями её конструкции и геолого-техническими условиями участка бурения. На практике применяются два основных подхода, предусматривающих либо вырезание части обсадной колонны, либо формирование нового направления бурения с использованием отклоняющего клина. Наиболее распространённым вариантом является прорезка окна в эксплуатационной колонне, поскольку данный способ позволяет обеспечить контролируемый выход из материнского ствола и задать требуемую траекторию бокового ответвления [1].

При реализации этого метода в скважину спускают клин-отклонитель, оснащённый ориентирующим устройством, после чего его устанавливают на искусственном забое в соответствии с технологическими требованиями, установленными изготовителем оборудования. Спуск компоновки осуществляется на стальных бурильных трубах с обязательным контролем длины инструмента и ограничением скорости перемещения. В наклонно-направленных скважинах установка отклонителя должна производиться с учётом пространственного положения основного ствола, в том числе его азимута в интервале искривления. После закрепления отклоняющей системы выполняются операции, обеспечивающие формирование окна в колонне и создание условий для последующего бурения бокового ствола.

Альтернативный способ зарезки бокового ствола заключается в вырезке части эксплуатационной колонны с последующей установкой цементной перемычки на всём протяжении вырезанного интервала. В дальнейшем бурение нового ствола осуществляется непосредственно из цементного моста. Применение такого решения целесообразно в тех случаях, когда оно в большей степени отвечает требованиям надёжности, технологической реализуемости и безопасности проводки скважины.

При проектировании строительства боковых и горизонтальных стволов выбор рациональной конструкции должен быть направлен на обеспечение эксплуатационной надёжности скважины как инженерного сооружения, соблюдение проектных режимов её дальнейшей работы, создание условий для эффективной проводки бокового ствола на современном техническом уровне, предупреждение осложнений и аварий, а также на надёжное разобщение продуктивных и проницаемых горизонтов. Таким образом, конструкция скважины рассматривается не только как элемент технологии бурения, но и как основа её последующей безопасной и эффективной эксплуатации.

Определение оптимального пространственного положения и протяжённости горизонтального участка осуществляется на основе анализа актуализируемых геологических и гидродинамических моделей месторождения. Важную роль в этом процессе играет интерпретация геофизических данных, получаемых в ходе бурения пилотного и транспортного стволов. Траектория горизонтальной части скважины должна, с одной стороны, обеспечивать максимально полное вовлечение запасов продуктивного пласта в разработку, а с другой — сохранять возможность выполнения полного комплекса геофизических, промысловых и ремонтных работ. При поступлении новой геолого-геофизической информации после завершения бурения отдельных участков ствола в проектную документацию вносятся согласованные изменения, фиксирующие корректировку траектории скважины [2].

Строительство горизонтальных скважин осуществляется в рамках жёстко регламентированных технических требований, определяющих допустимые отклонения траектории и параметры её пространственного положения. Положение точки входа в продуктивный пласт и конечной точки ствола должно соответствовать установленным допускам, обеспечивающим требуемую точность вскрытия залежи и соответствие проектной сетке размещения скважин. Допустимый вертикальный коридор бурения определяется геологической службой с учётом толщины продуктивного горизонта, близости водоносных интервалов и наличия межпластовых прослоев. Его минимальная величина зависит от технических возможностей бурового оборудования и чувствительности телеметрических систем, применяемых при контроле траектории.

Существенное значение имеют также ограничения, связанные с параметрами искривления ствола. Смещение точки входа в пласт, интенсивность набора угла и допустимое изменение азимутального направления между основными участками траектории должны обеспечивать не только точность проводки, но и техническую возможность выполнения всех последующих операций в скважине. Соблюдение этих требований позволяет создать условия для надёжного вскрытия пласта, эффективного дренирования залежи и безопасной эксплуатации скважины.

Выбор профиля скважины представляет собой один из ключевых этапов проектирования боковых и горизонтальных стволов, поскольку именно конфигурация траектории во многом определяет как успешность бурения, так и эффективность последующей эксплуатации. Профиль формируется с учётом принятой схемы разработки месторождения, особенностей геологического строения, глубины залегания продуктивного горизонта и степени неоднородности пласта. На его параметры влияют форма бокового ствола, радиус искривления при переводе скважины в горизонтальное положение и угол охвата криволинейного участка. Указанные характеристики подбираются таким образом, чтобы обеспечить устойчивый режим проходки, снизить вероятность осложнений и обеспечить максимально полное вскрытие продуктивного интервала.

Профили скважин различаются конфигурацией завершающей части траектории после вертикального начального участка и зоны увеличения зенитного угла (рисунок 1). Так, профиль типа А оканчивается прямолинейным наклонным участком и применяется преимущественно при бурении неглубоких скважин в условиях однопластовых залежей, когда требуется значительное горизонтальное смещение забоя. Его достоинством является относительная простота проектирования и реализации, однако ограниченная зона дренирования снижает эффективность такого решения в коллекторах с низкой проницаемостью или развитой трещиноватостью. Профиль типа Б, напротив, предусматривает наличие участка уменьшения зенитного угла и вертикального интервала в пределах продуктивного пласта. Он более пригоден для глубоких скважин, пересекающих несколько продуктивных горизонтов, поскольку обеспечивает более точное вскрытие различных пластов, однако в меньшей степени реализует преимущества горизонтального бурения, связанные с увеличением площади фильтрации.

Профиль типа В отличается увеличенной протяжённостью участка набора зенитного угла и завершается горизонтальным интервалом, предназначенным для вскрытия продуктивного пласта на значительном протяжении. Его применение целесообразно в тех случаях, когда необходимо обеспечить заданный угол входа в пласт и создать максимально возможную длину контакта ствола с продуктивной частью залежи. Использование такого профиля способствует повышению производительности скважины, однако предъявляет повышенные требования к точности геонавигационного сопровождения, а также сопровождается усложнением технологии бурения и увеличением стоимости работ.

Рис. 1. Типы профилей боковых стволов. 1 — набора зенитного угла; 2 — стабилизации; 3 — падения зенитного угла; 4 — выхода на горизонталь; 5 — горизонтальный

Профиль типа Г характеризуется наличием горизонтально-разветвлённого участка, что позволяет существенно увеличить площадь фильтрации и обеспечить более равномерный приток пластового флюида. Данный вариант особенно эффективен при разработке трещиноватых и низкопроницаемых коллекторов, в которых расширение зоны дренирования имеет принципиальное значение для повышения дебита. Вместе с тем реализация такого профиля связана с высокими затратами, значительной технологической сложностью и необходимостью применения современных средств управления траекторией скважины.

Эффективность горизонтальных скважин в большинстве случаев существенно превышает показатели вертикальных стволов, что обусловлено увеличением площади контакта с продуктивным пластом и расширением зоны дренирования. Наиболее выраженный эффект наблюдается в трещиноватых коллекторах, где площадь дренирования может возрастать в несколько раз по сравнению с вертикальными скважинами. В коллекторах иного типа данный прирост также остаётся значительным, что подтверждает высокую результативность горизонтального бурения при освоении трудноизвлекаемых запасов [3].

Существенное влияние на эффективность эксплуатации оказывает пространственное расположение горизонтального участка в пределах пласта. Размещение ствола вблизи кровли позволяет снизить вероятность преждевременного обводнения и является предпочтительным при наличии водонефтяного контакта в нижней части залежи, однако при недостаточной изоляции верхних интервалов может сопровождаться дополнительными потерями давления. Проведение горизонтального участка вблизи подошвы, напротив, обеспечивает более интенсивное дренирование нижней части пласта и может быть оправдано при наличии газовой шапки, хотя в этом случае возрастает риск притока пластовой воды. Наиболее сбалансированным вариантом часто считается центральное расположение горизонтального участка в теле пласта, поскольку оно позволяет уменьшить вероятность прорыва воды и газа и создать более устойчивые условия эксплуатации, однако эффективность такого решения во многом зависит от степени вертикальной неоднородности коллектора.

Наибольшую площадь фильтрации обеспечивают разветвлённые горизонтальные участки, реализуемые в многоствольных скважинах. Подобные конструкции позволяют значительно повысить охват залежи дренированием и, как следствие, увеличить эффективность добычи. Вместе с тем их применение требует высокой точности проектирования и бурения, использования сложных технических решений и дополнительных капитальных вложений, что делает выбор такого варианта оправданным прежде всего в условиях, когда ожидаемый прирост добычи компенсирует рост затрат.

Литература:

1. Ившин, А. В. Повышение эффективности разработки Павловского месторождения за счет реконструкции скважин методом бурения боковых стволов / А. В. Ившин, А. Т. Хуснуллина, И. Ф. Ганиева. — Текст: электронный // Нефтяное хозяйство. — 2022. — № 10. — С. 66–69
2. Литвиненко, В. С. Методика определения параметров режима бурения наклонно-прямолинейных участков скважины винтовыми забойными двигателями / В. С. Литвиненко, М. В. Двойников. — Текст: непосредственный // Записки Горного института. — 2020. — Т. 241. — С. 105–112.
3. Двойников, М. В. Исследования технико-технологических параметров бурения наклонных скважин / М. В. Двойников. — Текст: непосредственный // Записки Горного института. — 2017. — Т. 223. — С. 86–92.