Аннотация
В статье описан новый подход к выбору оптимального расположения скважин и кустовых площадок на месторождении с учетом планируемой инфраструктуры за счет подключения службы бурения на этапе планирования обустройства месторождения. Показана схема взаимодействия между службами и подробно рассмотрена роль службы бурения с конкретными примерами.
Ключевые слова: устье скважины, кустовая площадка (КП), профиль скважины, оптимизация, строительство скважины.
Abstract
The article describes a new approach to the selection of the optimal location of wells and well pads at the field, taking into account the planned infrastructure by involving of the drilling service department at the planning stage of the field development. The diagram of interaction between service departments is shown, detailed description of the drilling service department role is considered and specific examples are given.
Keywords: well head, well pad, well profile, optimization, well construction.

          Бурение является наиболее затратной частью строительства скважин. Несмотря на это существующий механизм выбора схемы разбуривания месторождения и определения устья скважин не предусматривает технико-технологическую проработку. Это проблема многих нефтедобывающих компаний.

          В настоящее время во многих нефтегазодобывающих компаниях отсутствует взаимодействие между техническими и геологическими службами в части определения оптимальных траекторий скважин, как на этапе планирования разработки месторождения, так и в процессе строительства скважин.

          В данной статье рассматривается новый комплексный подход к данному вопросу, заключающийся в проведении технической оценки возможности бурения скважин до начала выполнения работ по проектированию обустройства месторождения.

          Это позволит наладить взаимопонимание между службами, с точки зрения бурения подобрать реализуемые траектории скважин, а значит минимизировать осложнения, повысить эффективность работ, уменьшив случаи, когда площадка уже спроектирована, а профиль оказывается не реализуем, и, наконец, положительно повлиять на конечную стоимость бурения.
Как правило, к вопросам выбора местоположения устьев скважин, кустовых площадок (КП) и схем раскустования на месторождении традиционно подходят с позиции приоритета геологической службы. Первоначально определяются геологические цели бурения, после чего выбирается участок местности, с которого будет производиться бурение. Далее разрабатывается «Проект обустройства месторождения», в котором не учитываются технологические аспекты строительства скважин. Представители технологических служб бурения, которые непосредственно осуществляют процесс проектирования строительства скважины, на данном этапе к этому процессу не привлечены (рис. 1). [1]

Рис.1. – Существующая схема взаимодействия при раскустовании месторождения

             Если рассматривать куст, как общую площадку для множества целей, то его стараются расположить равноудаленно от геологических целей (северный вариант). При расположении кустовой площадки для одиночной цели глубокая технологическая оценка вовсе не проводится. На практике же, при окончательном выборе положения устья скважины (кустовой площадки), сталкиваются со множеством ограничений по подбору наилучшего положения устья скважин, таких как рельеф местности, природоохранные зоны и т. д. Таким образом, выбор расположения устья скважин и кустовых площадок планируется без учета оценки технической возможности строительства и рисков при их бурении. [2]

             В результате проектировщик вынужден строить профиль скважины на основании вводных данных по неоптимальному варианту. В частности, для выхода с заданного устья на проектные цели приходится осуществлять бурение по сложно реализуемым профилям, характеризующимися:
• большим азимутальным разворотом траектории (до 180 градусов);
• увеличением отхода для выхода на проектные цели;
• необходимостью бурения горизонтальных скважин на близкорасположенные к устью цели, вследствие чего получается профиль с обратным отходом.

              С технической точки зрения в результате бурения скважин по «неоптимальному» профилю возникают следующие проблемы и осложнения:
• Недохождение нагрузки на долото, вследствие возникновения изгиба бурильной колонны («баклинг-эффект»).
Отрицательна сторона – снижение механической скорости, по причине не доведения необходимой нагрузки на долото;
• Увеличение крутящего момента и осевых нагрузок на бурильный инструмент и элементы КНБК, повышение усталостного износа бурильного инструмента, а также повышение риска недоспуска обсадной колонны (ОК) и преждевременный износ эксплуатационного оборудования.

             Отрицательная сторона – высокий риск получения аварии вследствие преждевременного износа и слома бурильного инструмента;
• Ухудшение очистки ствола скважины от выбуренной породы.

             Отрицательная сторона – увеличение риска прихватов инструмента и компоновки низа бурильной колонны (КНБК), дополнительные промывки, технические спуско-подъемные операции (СПО) для очистки ствола скважины.
Полученные осложнения увеличивают сроки и стоимость строительства скважин.

            Специалистами ООО «СамараНИПИнефть» предложен новый комплексный подход к планированию разработки месторождений, заключающийся в технической оценке бурения скважин до начала выполнения работ по проектированию обустройства месторождений.

           Службы, вовлеченные в процесс:
• Геолого-исследовательские работы (ГИР);
• Служба бурения;• Проектно-изыскательные работы (ПИР);
• Концептуальное проектирование (КП);
• Служба энергетики;
• Экология и специальные разделы.

           Такой подход позволяет оценить техническую возможность строительства скважины на геологические цели и оптимизировать расположение устьев скважин (кустовых площадок), учитывая наличие объектов наземной инфраструктуры и особенностей рельефа. Это дает возможность осуществлять планирование и обустройство кустовых площадок исходя из оптимального расположения каждой скважины относительно проектных целей. По результатам выполненной работы Заказчик до начала этапа разработки проектной документации на строительство скважин имеет полноценную картину их технической реализации.

           Предпроектная техническая оценка включает в себя следующие этапы:
• разработку оптимального профиля каждой скважины с учетом геологических и технологических рисков;
• оптимизацию расположения кустовых площадок (КП) на месторождении;
• оптимизацию очередности бурения скважин на КП (северный вариант);
• техническую оценку возможности бурения скважины до начала проекта обустройства КП;
• предварительное планирование необходимых технологических решений, выбор бурового и технологического оборудования.

            Порядок взаимодействия между службами показан на рисунке 2.

Рис.2. – Предлагаемая схема взаимодействия между службами

              Закладывая горизонтальные скважины, следует понимать, что они чаще всего имеют высокий индекс сложности бурения (DDI). Если профиль скважины еще и с обратным отходом, то этот показатель достигает максимального значения (рис. 3). Таким образом, устье скважины крайне нежелательно располагать близко к целям бурения ввиду возможности профиля с обратным отходом или, наоборот, слишком далеко от целей бурения ввиду увеличения протяженности ствола скважины. Предварительно нельзя учесть эти факторы, а цена ошибки определяется возникающими в последствии осложнениями и авариями, что, в свою очередь, увеличит сроки и, следовательно, стоимость строительства скважины. Именно поэтому требуется проведение расчетов по оптимизации профиля скважин с помощью специализированного программного обеспечения.

Рис.3. – Варианты построения горизонтального профиля

              Разработанная схема взаимодействия была апробирована на пилотном проекте, в котором были задействованы все заинтересованные службы.

              Результатом стал не только выбор оптимального расположения устья скважины, но и подтверждение реализуемости предлагаемой схемы.

             Приведем пример, когда нужно подобрать месторасположение КП для двух скважин (скважины № 100 и № 200). Для этого в первую очередь определяется область возможного расположения устья каждой скважины по отдельности. Таким образом, выполняется построение профилей, учитывая геологические риски, области ранее пробуренных скважин, оценку рисков пересечения траекторий скважин. Далее производится оценка технической возможности бурения скважины.
В итоге подбирается максимально возможное расстояние от цели до устья, при котором профиль будет реализуемый. На рисунках 4 и 5 приведены наглядные результаты проделанной работы.

Рис.4. – Область возможного расположения устья скважины № 100

Рис.5. – Область возможного расположения устья скважины № 200

               Следующим шагом определяется область, где возможно расположение общей КП для двух скважин (рис. 6).

Рис.6. – Область возможного расположения КП

              Далее готовится отчет, содержащий области возможного расположения устьев и оценку технической возможности бурения по самой сложной скважине, который передается другим службам для выбора окончательного местоположения КП.
После того, как будут выбраны координаты местоположения КП, служба бурения формирует отчет с рабочими вариантами профилей, рекомендациями, описанием возможных рисков и оценкой технической возможности бурения каждой скважины (табл. 1 и табл. 2).

Таблица 1.
Матрица оценки рисков бурения

Таблица 2.
Оценка технической возможности бурения

             Стоит отметить, что предлагаемая схема взаимодействия между службами обеспечивает значительное сокращение расходов. Экономический эффект в каждом конкретном случае будет зависеть от особенностей строительства конкретной скважины за счет снижения рисков возникновения осложнений. [3]

            Разработанный комплексный подход к системе разработки месторождения позволяет выбрать оптимальный вариант траектории скважины, количество и очередность бурения скважин на кустовой площадке. Учитывая, что данная оценка проводится на начальном этапе проектирования разработки месторождения, становится возможным предупредить риски аварий и осложнений в бурении, минимизировать расходы на обустройство и эксплуатацию месторождения и положительно повлиять на стоимость строительства скважин за счёт сокращения сроков бурения.

           Предлагаемый подход позволяет оптимизировать капитальные затраты при формировании схем раскустования на этапе проектирования разработки месторождения и грамотно планировать весь цикл работ по скважине от обустройства КП до размещения объектов сбора и транспортировки нефти и газа.

Список используемых источников информации:

1. М.В. Петров, А.А. Ильясов, А.В. Ефимов, М.Е. Коваль. Предпроектная техническая оценка возможности строительства скважин и оптимизация расположения кустовых площадок // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2019. – С. 5-10.
2. Нестерова Т.Н., Поздеев И.А. Проектирование и оптимизация траекторий скважин месторождения// Бурение и нефть. — №6. — 2015.
3. А.Ф. Можчиль, С.В. Третьяков, Д.Е. Дмитриев, Н.З. Гильмутдинова, С.В. Есипов, А.А. Карачев. ООО «Газпромнефть НТЦ»). Технико-экономическая оптимизация кустования скважин при интегрированном концептуальном проектировании. // Нефтяное хозяйство. — №10. – 2016.