Развитие нефтегазовой отрасли неразрывно связано с поиском и освоением новых, зачастую труднодоступных месторождений. Одним из ключевых инструментов, позволяющих решать эту задачу, стали установки горизонтального бурения (УГБ). Эти сложные комплексы оборудования позволяют прокладывать скважины не вертикально, а под углом к поверхности земли, вплоть до горизонтального направления. Это открывает широчайшие возможности для разработки месторождений со сложной геологической структурой, залегающих под водоемами, городами, заповедниками и другими объектами, где традиционное вертикальное бурение невозможно или экономически нецелесообразно.
Принцип работы и основные компоненты УГБ
В основе технологии горизонтального бурения лежит отклонение траектории скважины от вертикальной оси. Этот процесс осуществляется с помощью специализированных буровых инструментов и контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющей оператору в режиме реального времени отслеживать и корректировать направление бурения. Установка горизонтального бурения представляет собой сложный комплекс оборудования, включающий в себя:
- Буровую вышку: Обеспечивает подъем и спуск буровой колонны, а также поддержание необходимого натяжения бурильной трубы.
- Буровой насос: Обеспечивает циркуляцию бурового раствора, который охлаждает долото, выносит шлам (измельченную породу) на поверхность и создает противодавление в скважине, предотвращая обвалы стенок.
- Вращатель: Приводит во вращение бурильную колонну и долото.
- Бурильная колонна: Состоит из секций бурильных труб, соединенных между собой резьбовыми соединениями. Передает вращение от вращателя к долоту и служит каналом для подачи бурового раствора.
- Долото: Инструмент, предназначенный для разрушения породы на забое скважины. Существуют различные типы долот, предназначенные для бурения пород различной твердости и структуры.
- Система управления траекторией: Комплекс приборов и программного обеспечения, позволяющий оператору контролировать и корректировать траекторию бурения. Включает в себя телеметрическую систему, устанавливаемую непосредственно за долотом, которая передает информацию о положении скважины, угле наклона и азимуте на поверхность.
- Оборудование для приготовления и очистки бурового раствора: Обеспечивает поддержание необходимых свойств бурового раствора, а также удаление из него шлама.
- Система энергоснабжения: Обеспечивает электроэнергией все компоненты установки.
Технологии управления траекторией скважины
Одним из ключевых аспектов горизонтального бурения является точное управление траекторией скважины. Для этого используются различные технологии, позволяющие оператору контролировать направление бурения и корректировать его в соответствии с заданными параметрами. К основным технологиям управления траекторией скважины относятся:
- Искривление компоновки низа бурильной колонны (КНБК): При использовании специальных КНБК, включающих в себя отклонители, забойные двигатели и немагнитные утяжелители, можно создавать усилие, направленное в определенную сторону, что приводит к искривлению траектории скважины.
- Гидравлические ясы: Позволяют создавать ударные нагрузки на долото, облегчая бурение твердых пород и предотвращая заклинивание бурильной колонны.
- Телеметрические системы: Передают в режиме реального времени информацию о положении скважины, угле наклона и азимуте на поверхность, позволяя оператору оперативно реагировать на изменения в траектории бурения.
- Автоматические системы управления бурением (АСУБ): Используют данные, поступающие от телеметрических систем, для автоматической корректировки параметров бурения, таких как давление, скорость вращения долота и расход бурового раствора.
Преимущества и недостатки горизонтального бурения
Горизонтальное бурение обладает рядом существенных преимуществ перед традиционным вертикальным бурением:
- Увеличение площади охвата продуктивного пласта: Это позволяет значительно увеличить дебит скважины и повысить коэффициент извлечения нефти (КИН).
- Разработка месторождений со сложной геологической структурой: УГИ позволяет разрабатывать залежи, недоступные для вертикального бурения, такие как маломощные пласты, пласты с высокой трещиноватостью и пласты, расположенные под водоемами или городами.
- Снижение экологического воздействия: УГИ позволяет сократить количество скважин, необходимых для разработки месторождения, что, в свою очередь, снижает площадь землеотвода и уменьшает негативное воздействие на окружающую среду.
- Добыча метана из угольных пластов: Горизонтальное бурение широко используется для извлечения метана из угольных пластов, что является перспективным направлением в альтернативной энергетике.
Однако, наряду с преимуществами, горизонтальное бурение имеет и некоторые недостатки:
- Более высокая стоимость: Стоимость строительства горизонтальной скважины, как правило, выше, чем стоимость строительства вертикальной скважины, что связано с использованием более сложного оборудования и технологий.
- Повышенные требования к квалификации персонала: Для проведения работ по горизонтальному бурению требуется высококвалифицированный персонал, обладающий знаниями и опытом в области геологии, бурения и управления траекторией скважины.
- Риск возникновения осложнений: В процессе горизонтального бурения повышается риск возникновения осложнений, таких как заклинивание бурильной колонны, обвалы стенок скважины и поглощения бурового раствора.
Области применения и перспективы развития
Горизонтальное бурение находит широкое применение в различных областях нефтегазовой отрасли:
- Разработка шельфовых месторождений: УГИ является незаменимым инструментом для разработки месторождений, расположенных под дном моря.
- Повышение нефтеотдачи пластов: Горизонтальные скважины используются для закачки воды или газа в пласт с целью увеличения нефтеотдачи.
- Строительство подземных хранилищ газа: Горизонтальное бурение позволяет создавать подземные хранилища газа большой емкости.
- Прокладка трубопроводов и кабелей: УГИ используется для бестраншейной прокладки трубопроводов и кабелей под реками, дорогами и другими препятствиями.
В перспективе развитие горизонтального бурения будет направлено на:
- Совершенствование технологий управления траекторией скважины: Разработка новых систем телеметрии и автоматического управления бурением позволит повысить точность и эффективность бурения.
- Создание новых типов долот и бурильных труб: Разработка новых материалов и конструкций долот и бурильных труб позволит увеличить скорость бурения и снизить риск возникновения осложнений.
- Развитие технологий многозабойного бурения: Создание скважин с несколькими горизонтальными стволами позволит увеличить площадь охвата продуктивного пласта и повысить коэффициент извлечения нефти.
- Использование роботизированных систем: Внедрение роботизированных систем позволит автоматизировать процесс бурения и снизить участие человека в опасных операциях.
Таким образом, установки горизонтального бурения являются важным инструментом для развития нефтегазовой отрасли и будут играть все более значимую роль в разработке новых месторождений и повышении эффективности добычи нефти и газа.