В процессе бурения горизонтальных скважин (ГС) часто возникают сложные ситуации, связанные с поглощением бурового раствора, добычей воды, осаждением горных пород и образованием облаков неустойчивых пород. Эти осложнения могут привести к длительным периодам времени, в течение которых происходят аварийные ситуации, связанные с заторами и заброшенными ямами, что существенно ухудшает эффективность бурения и увеличивает риски.
В таких условиях одной из актуальных задач является разработка конструкции горизонтальной скважины, спроектированной с учетом возможности выборочного разделения горизонтального ствола на отдельные части. Это решение позволяет эффективно управлять отбором жидкости из ствола скважины и остановить процесс добычи в отдельных участках, что дает возможность контролировать и минимизировать последствия возможных аварий и осложнений. Такой подход способствует улучшению безопасности бурения и снижению рисков, связанных с непредсказуемыми изменениями в геологической среде.
Ключевые слова: МСГРП, разобщение, покер, муфта, горизонтальная скважина.
Технология проведения МСГРП с цементированием горизонтальной части скважины используется для разобщения пластов и предотвращения их пересечений, что способствует увеличению эффективности добычи. Этот процесс включает в себя нагнетание жидкости с высоким давлением для разрушения пласта и последующим цементированием горизонтальной части скважины, что помогает удерживать стабильность скважины и предотвращать потерю притока.
Цель данной технологии — обеспечить надежную изоляцию пластов, что позволяет минимизировать взаимное влияние различных слоев, в частности, между водоносными и нефтеносными пластами. Цементирование горизонтальной части скважины в этом контексте служит важной защитой для предотвращения миграции воды и улучшения нефтедобычи.
Технология требует точного контроля давления и точного выбора состава цементной смеси для обеспечения качественного выполнения задачи.
Конструкция безрамного щелевого фильтра отличается наличием единой фильтрующей поверхности, что исключает образование мертвых зон и существенно снижает гидравлические потери при поступлении жидкости в скважину. Загрязнения, которые накапливаются на фильтрующей поверхности, могут быть эффективно удалены с помощью обратной промывки, что упрощает процесс очистки и способствует увеличению срока службы фильтра [1].
Тем не менее, существует риск накопления металлических остатков буровой шапки на забое скважины. Это требует проведения длительной промывки фильтрующего интервала для нормализации состояния забоя. В некоторых случаях целесообразно дополнительно установить шламоуловитель, чтобы предотвратить накопление частиц как в фильтре, так и в забое скважины.
Для возможности перекрытия зоны притока при работе горизонтальной скважины рекомендуется оснащать зону фильтрации изолирующим пакером. Это обеспечит дополнительную герметичность и контроль за фильтрацией. На рис. 1 показан несвязанный хвостовик, футерованный фильтром типа FB и оборудованный изолирующим пакером.
Рис. 1. Нецементируемый фильтр с разобщающими пакерами
Нецементные хвостовики с компонентами многостадийного гидроразрыва пласта (МСГРП) считаются одним из наиболее эффективных методов интенсификации притока из пластов с низкими коллекторскими свойствами. Эти хвостовики позволяют улучшить дренирование и значительно увеличить продуктивность скважин. Рекомендуется использовать муфты МСГРП для проведения гидроразрыва на всем горизонтальном участке последовательно. Изначально планировалось разделить производственный интервал на несколько зон (от 50 до 150 м) и включить в комплект хвостовика перегородочные пакеры (надувные или гидравлические), а также установить пять муфт МСГРП [2].
Нецементные хвостовики с пакерами и портами для многостадийного гидроразрыва спускаются и устанавливаются в заранее выбранные интервалы, определенные по результатам геофизических исследований скважин (ГИС). Готовый компонент раствора может быть оснащен шаровым краном или регулируемым клапаном для обеспечения точности закачки и контроля процессов.
Бурение горизонтальных скважин с последующей многозонной интенсификацией (МЗСГС, МСГРП) оказалось лучшим методом разработки низкопроницаемых пластов, что показано на рис.2. Кроме того, компонент МСГРП имеет важное преимущество в том, что он позволяет изолировать водоносные интервалы в процессе окончания работы, что способствует улучшению долговечности скважины и увеличению ее общей эффективности.
Рис. 2. Технология МСГРП
Компания «Трайкан» готовится представить новые компоненты BPS, которые использовались в России, а также результаты разработки, завершенной в конце 2012 года. В частности, они представят системы заканчивания i–Frac и i–Valve, которые предназначены для применения в открытом стволе при многостадийном гидроразрыве пласта. Системы iFrac CEM и i–Valve CEM предназначены для изменения отверстий с помощью корпуса.
Система i–FRAC применима для колонн диаметром 114 мм или хвостовиков диаметром 140 мм и включает подвижную муфту, активируемую шаром (см. рис. 3). При использовании одной обсадной колонны возможно выполнение до 40 стадий гидроразрыва на каждой стадии. На каждом интервале гидроразрыва можно использовать до 10 обсадных труб, и в итоге гидроразрыв может охватывать до 15 зон. Для изоляции отдельных участков применяются гидравлические или надувные пакеры [3].
Процесс многостадийного гидроразрыва с системой i–FRAC и одновременная активация нескольких муфт на одном интервале происходит в несколько этапов. На первом этапе с помощью пакера закрепляется подвеска на основной колонне. Затем при нажатии на шарик минимального диаметра размыкаются муфты на нижнем промежутке, и шарик фиксируется в последнем седле. После этого проводится гидроразрыв через несколько портов в пределах данного интервала, и следующий шар опускается. В случае, если коллектор имеет достаточную энергию, шар вымывается на поверхность или пробуривается в стволе скважины.
Рис. 3. Система i–FRAC для обсаженного ствола
Принцип работы системы i–FRAC с отверстиями в обсадной колонне аналогичен предыдущему описанию. Она применяется для изоляции интервала, при этом не используется пакер, а применяется цементирование скважины. Горизонтальная часть скважины цементируется, а затем выполняется гидроразрыв пласта или операция БНТ. Для каждого интервала используется только одна втулка, и система может обрабатывать до 40 интервалов. Альтернативно, система может работать с 22 ступенями, каждая из которых включает 20 муфт, что позволяет осуществить до 440 операций ГРП. Муфта каждой ступени открывается с помощью шарика.
Система i–FRAC с обсаженным стволом дает наилучшие результаты при проведении кислотного гидроразрыва пласта или БНТ в карбонатных коллекторах. Хотя эта система также может использоваться для обычного гидроразрыва трещин, перпендикулярных стволу скважины, важно отметить, что традиционный гидроразрыв в карбонатных коллекторах не всегда эффективен, и его следует использовать реже. Эта технология демонстрирует высокую эффективность при создании продольных трещин, параллельных стволу скважины, что увеличивает площадь контакта с трещинами и обеспечивает более интенсивный приток через равные промежутки времени.
На момент создания материала компания Trican не имела опыта внедрения системы i–FRAC в России. Вся история применения системы принадлежит Северной Америке. Были выполнены 36 заканчиваний открытого ствола и гидроразрыва пласта в 568 интервалах (стадиях), при этом произошел отказ из-за прорыва хвостовика. В процессе цементирования было установлено 27 систем с 916 стыками, и обработано 261 интервал. По информации Д. Пелевина, произошло три аварии: одна из-за заводского дефекта системы заканчивания, другая — из-за отказа цементирующего оборудования, а третья — из-за мгновенного схватывания цемента.
На Самотлорском месторождении компания Trican Well Service Ltd использовала другую систему MSF, названную BPS (Burst Port System). Эта система входит в скважину через НКТ диаметром 114 мм или 139 мм с герметичными стыками и предварительно фрезерованными и запаянными отверстиями, которые открываются под определенным давлением. Для выполнения ГРП используются различные типы муфт, в том числе с открытыми проушинами. Система BPS выполняет операции в стволе скважины после ГРП, что делает ее системой заканчивания для полной скважины.
Все перечисленные методы могут быть применены в пластах с низкой проницаемостью, однако для каждой конкретной ситуации существуют свои особенности и рекомендации. При равных условиях первые две системы (с шаровой опорой) могут обеспечить более высокий приток пласта при использовании нескольких муфт на ступень, но при низком пластовом давлении их необходимо бурить. Система BPS ™ требует более тщательной подготовки скважины. В любом случае, когда применяются системы цементирования, к процессу цементирования предъявляются высокие требования для обеспечения его эффективности.
Литература:
- Куренов, М.В., Особенности использования разбухающих пакеров для разобщения горизонтальных участков скважин на шельфе Каспийского 105 моря / М. В. Куренов, Д. В. Елисеев // Вестник Астраханского ГТУ. — 2011. — № 2 (52). — С.69–72.
- Хисамов Р. С. Технология управляемой эксплуатации скважин с горизонтальным окончанием / Р. С. Хисамов [и др.] // Нефтяное хозяйство. — 2010. — № 12. — С. 110–112.
- Торопынин В. В. Совершенствование технических средств для разобщения пластов и изоляции межпластовых перетоков / В. В. Торопынин [и др.] // Бурение и нефть. — 2009. — № 12. — С.49–51.
