Настоящий материал посвящен разработке Карачаганакского месторождения, расположенного примерно в 150 км от г. Уральск в северо-западной части Казахстана и примерно в 180 км от российского города Оренбург. Карачаганк находится в пределах Прикаспийского бассейна в северо-западной его части и характеризуется наличием трех соляных куполов: Карачаганак, Кончебай и Сухоречко.

В настоящее время разработку месторождения ведет компания Карачаганак Петролеум Оперейтинг б.в. (КПО), которая ежегодно бурит в среднем по четыре новые скважины и несколько боковых стволов. В то же время компания, по словам авторов, столкнулась со сложностями при бурении горизонтальных секций диаметром 5-7/8 и 6 дюймов (149,2 и 152,4 мм) в части влияния продольного изгиба труб, обеспечения передачи нагрузки на долото, а также надежности эластомеров при использовании бурового раствора на нефтяной основе.

Основная часть проблем была обусловлена необходимостью поддержания высоких темпов набора кривизны, а также неустойчивостью стенок скважин в силу особенностей литологического строения разрезов. Эксперименты с применением долот различных типов в сочетании в винтовыми забойными двигателями (ВЗД), включая долота повышенной твердости типа ИСМ, не дали желаемых результатов, поскольку на ориентирование компоновки низа бурильной колонны (КНБК) тратилось слишком много времени.

Наиболее распространенная конструкция пробуренных в советские времена скважин предполагала вертикальное строение скважины с нижней колонной диаметром семь дюймов, или 177,8 мм (рис. 4.1). Новые скважины в основном бурились глубокими вертикальными секциями до кровли коллектора, после чего бурились субгоризонтальные секции с темпом набора кривизны 6°/30 м и спуском хвостовиков различного диаметра. В настоящее время, по словам авторов, новые скважины заканчиваются спуском хвостовика диаметром 4-1/2 дюйма (114,3 мм) и установкой до 10 разбухающих пакеров и скользящих муфт в составе компоновки для многостадийного гидроразрыва пласта.

В 2013 году оператор месторождения инициировал испытания роторной управляемой системы (РУС) для высокоскоростного набора кривизны (HBR-RSS). Цель состояла в том, чтобы при всех преимуществах РУС с точки зрения качества проводки ствола и скорости бурения добиться такого темпа набора кривизны при зарезке бокового ствола, который прежде удавалось обеспечить лишь при помощи ВЗД.

РУС HBR-RSS объединяет в себе обе распространенные технологии ориентирования инструмента — с отклонением долота от стенок скважины выдвижными башмаками (push-the-bit) и с направлением долота механизмом внутри корпуса системы (point-thebit). Эта гибридная система совместима с долотамидиаметром 4-3/4 и 6-3/4 дюйма (120,6 и 171,4 мм). Максимальная скорость вращения составляет 350 об./мин, а максимальная температура окружающей среды — 150°С.

В рамках первого испытания новой РУС планировалось пробурить боковой ствол диаметром шесть дюймов (152,4 мм) с зенитным углом после выхода из основного ствола менее 4° и темпом набора кривизны 6°/30 м (рис. 4.2). Таким образом возможности набора кривизны HBR-RSS планировалось задействовать на 40%.

Внедрение HBR-RSS потребовало изготовления особого долота ИСМ. Среди множества видов долото ИСМ марки Smith MDi613LWBPXG показало лучшие результаты с точки зрения соотношения скорости отклика на команду изменения направления и уровней вибрации. Кроме того, на соединениях КНБК были сделаны канавки для снятия напряжения металла.

Как утверждают авторы, первый опыт использования HBR-RSS для бурения ствола данного диаметра на территории России и Казахстана оказался успешным во всех отношениях. Время строительства скважины было значительно сокращено (рис. 4.3) за счет рекордной средней механической скорости проходки, а также благодаря тому, что весь ствол от устья до фактического забоя был пробурен РУС. Успех подкрепили бурением ствола диаметром 8-1/2 дюйма (215,9 мм) гибридной РУС большего диаметра.