Эта интереснейшая работа посвящена успешному применению научного подхода к решению задачи борьбы с осложнениями при строительстве горизонтальных скважин на Харьягинском месторождении, расположенного в пределах Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции Архангельской области Ненецкого автономного округа. Как указывают авторы, основная проблема при бурении горизонтальных скважин на данном месторождении связана с присутствием в саргаевском и тиманcком горизонтах верхнего девона массивных отложений неустойчивых глинистых пород: аргиллитов и мергелей, при вскрытии которых под зенитными углами более 40° возникают осыпи и обвалы. Между тем, поскольку продуктивный горизонт девонской системы находится непосредственно под неустойчивой покрышкой тимано-саргаевских пород и толщина продуктивного коллектора достаточно мала, вскрыть его горизонтальным участком и при этом ограничить зенитный угол в тиманском терригенном горизонте технически не представляется возможным. Авторы ссылаются на обширный опыт бурения аналогичных скважин на девонские отложения в Татарстане, а также на опыт разработки девонских залежей в Пермском крае. В обоих случаях большие зенитные углы в интервалах неустойчивых пород приводили к многочисленным авариям и осложнениям. В этой связи авторы предприняли поиск собственного решения, сосредоточив внимание на поиске оптимальной рецептуры бурового раствора.

По словам авторов, в Республике Коми и Ненецком АО для повышения устойчивости девонских отложений при бурении наклонно-направленных скважин под эксплуатационную колонну (ЭК) в большинстве случаев применяется хлоркалиевая система бурового раствора на водной основе с содержанием KCl до 200 кг/м3 с повышенной плотностью, низкими показателями фильтрации и добавлением различных ингибиторов. Однако, как показали лабораторные исследования, порода тимано-саргаевского горизонта под воздействием воды практически мгновенно расслаивается по плоскостям напластования (рис. 9.1). В случае высокоингибированного бурового раствора на водной основе (ББР-СКП-МГ) эти процессы несколько замедляются, но не в той степени, чтобы служить решением проблемы.

Опыт применения на Харьягинском и Ошском месторождениях буровых растворов на углеводородной основе (РУО), в основном, импортного производства (Versaclean, MegaDrill, Enviromul) позволил продвинуться несколько дальше в части борьбы с неустойчивостью стенок. При этом перед вскрытием тиманосаргаевских пород буровой раствор существенно утя-желялся до плотности, близкой к эквивалентной плотности гидроразрыва пород, — 1,70–1,75 г/см³. В некоторых случаях, как рассказывают авторы работы, этот метод позволяет избегать проблем с осыпями неустойчивых отложений девонской системы при зенитных углах до 60°, однако, опять же, полностью проблему не снимает.

Первый опыт бурения скважин на девонскую систему на месторождениях Пермского края (Кустовское и Андреевское месторождения) показал наличие проблем при вскрытии тиманского горизонта при зенитных углах более 70Љ даже при использовании инвертно-эмульсионных буровых растворов (ИЭР). Как отмечают авторы, приготовление утяжеленных ИЭР высокой плотности представляет собой технически сложную задачу. Более того, высокое содержание в ИЭР твердой фазы (утяжелителя) оборачивается повышением структурно-реологических характеристик таких растворов, что, в свою очередь, существенно ухудшает практически все функциональные свойства раствора. Так, ухудшается качество очистки ствола скважин, снижается механическая скорость бурения, появляется эффект поршневания и свабирования при спускоподъемных операциях. Неэффективная очистка ствола скважины приводит к накоплению выбуренного шлама в участках интенсивного набора зенитного угла, что служит причиной образования шламовых подушек и сальников на элементах КНБК и т.д.

Однако есть и другая специфическая сложность, связанная с высокими забойными температурами, которые на Харьягинском месторождении достигают 90°С. Как отмечают авторы, при увеличении температуры происходит резкое снижение вязкости ИЭР, и в частности показателей динамического напряжения сдвига и прочности геля — буровой раствор становится седиментационно-нестабильным, неустойчивым к удержанию мелкодисперсной твердой фазы и утяжелителя во взвешенном состоянии.

Проанализировав всю доступную информацию и опыт, авторы пришли к выводу о целесообразности использования для бурения горизонтальных скважин на девонские отложения Харьягинского месторождения ИЭР, но с добавлением специализированного термостабилизирующего комплекса реагентов, который бы обеспечивал высокую баритоемкость и стабильность параметров раствора в широком диапазоне температур. Именно разработка и успешное применение этого комплекса и стали главном итогом работы авторов в данном направлении.

В результате многоплановых лабораторных исследований был разработан ИЭР на основе низкоароматического минерального масла, обладающий необходимыми структурно-реологическими свойствами (табл. 9.1). Входящий в его состав комплексный реагент состоит из смеси водной коллоидной дисперсии термопластичных полимеров и многоатомных спиртов и действует целенаправленно на повышение структурных показателей эмульсий. Критериями оценки эффективности комплексного реагента служили показатели реологических свойств (пластическая вязкость (ηпл), эффективная вязкость (ηэф), динамическое напряжение сдвига (τ0), показатель нелинейности (n), коэффициент температурного разжижения (Кр), коэффициент коагуляционного структурообразования (Кс = τ0 / ηпл), прочность геля (Gels1/10), вязкость при низких скоростях сдвига (ВНСС)), а также фильтрация (Ф) и электростабильность (Э).

Лабораторные исследования показали, что увеличение температуры способствовало лучшему распределению комплексного реагента в объеме дисперсионной среды с образованием трехмерной сетки из макромолекул полимеров, обеспечивавшей повышение структурно-реологических свойств ИЭР (рис. 9.2). И по предположению авторов именно данный механизм приводит к стабилизации реологического профиля раствора и позволяет компенсировать падение вязкости с ростом температуры, сохраняя при этом необходимые выносящую и удерживающую способности раствора на забое (рис. 9.3).

Проектная конструкция скважины, на которой проводились испытания ИЭР с комплексным реагентом, предусматривала спуск ЭК-178 в кровлю джъерского горизонта франского яруса для перекрытия неустойчивых терригенных отложений, в том числе тимано-саргаевских. Общая мощность пород, склонных к осыпям и обвалам, по вертикали составляла около 650 м, по стволу — около 850 м. Далее проектом было предусмотрено подвешивание в ЭК нецементируемого хвостовика-фильтра диаметром 127 мм для перекрытия продуктивного песчаника (старооскольский горизонт живетского яруса). В процессе бурения плотность ИЭР повышали до 1,67 г/см³, а максимальный зенитный угол достигал 84°. Бурение интервала под ЭК осуществлялось долотами PDC с винтовым забойным двигателем (ВЗД) и системой каротажа в процессе бурения (LWD). Как утверждают авторы работы, на протяжении всего интервала бурения под ЭК параметры ИЭР отличались стабильностью и при необходимости легко поддавались регулированию (табл. 9.2). В процессе бурения интервала проблем, связанных с использованием ИЭР: осыпей и обвалов стенок скважины, затяжек и посадок при проведении СПО, наличия обвального шлама, зафиксировано не было. После крепления ЭК сохраненный ИЭР был очищен с помощью центрифуги от остатков шлама и баритового концентрата, дообработан и использован для бурения горизонтального участка со вскрытием продуктивного пласта.

Благодаря отсутствию осложнений экономические показатели применения разработанного авторами бурового раствора оказались существенно более привлекательными по сравнению с показателями бурения соседних скважин с РУО зарубежного производства (рис. 9.4).