В России ежегодно из бурения вводятся 5–6 тыс. скважин. Растущие годовые объемы бурения боковых стволов (БС) оцениваются ориентировочно в 1,5 тыс., а фонд эксплуатируемых скважин с БС — приблизительно в 4–4,5 тыс. единиц. Это означает, что в ближайшие пять лет фонд БС может вырасти в три раза и будет сопоставим с числом добывающих скважин крупной нефтяной компании. Отдельную, хотя пока и не слишком многочисленную группу составляют новые скважины малого диаметра, но и их доля также будет постепенно увеличиваться.

Эти тенденции постепенно приводят к формированию во многом нового сегмента отрасли со своими особенностями строительства, эксплуатации и ремонта скважин. Совершенствуются технологии цементирования БС и герметизации стыков, появляется новое оборудование для ГРП, ОПЗ и прочих видов капитального ремонта БС малого диаметра. Наконец, одной из новинок последнего времени стали скважинные насосные установки различных типов для эксплуатации БС диаметром 120 и даже 98 мм — ведь именно такие диаметры БС получили наибольшее распространение, поскольку окна под БС вырезаются, как правило, в ЭК диаметром 146 или 168 мм.

Можно предположить, что в самом скором будущем БС и скважины малого диаметра и вовсе перестанут значимо уступать стандартным скважинам по спектру применимого в них оборудования. Уже сегодня практически вся гамма скважинных инструментов выпускается в том числе и в малых, и в «сверхмалых» типоразмерах. Тем не менее нельзя забывать, что ЗБС — это прежде всего метод довыработки остаточных запасов, прежде целиком относившийся к области КРС. И основная часть боковых стволов отнюдь не ориентирована на высокие дебиты и длительную эксплуатацию, которые могли бы окупить применение дорогостоящего бурового оборудования — такого, например, как управляемые роторные компоновки (УРС), мощные буровые станки с современным верхним приводом, передовое геофизическое оборудование и т.д. Если мы, конечно, говорим не о морских месторождениях.

Поэтому ЗБС — это прежде всего сфера экономичных и эффективных технических решений массового применения. Как правило, боковой ствол бурится при помощи подъемника или легкой мобильной буровой установки. КНБК включает в себя винтовой забойный двигатель (ВЗД) с кривым переводником и базовым комплектом датчиков MWD, а для расширения ствола используются бицентричные долота.

Последние отлично оправдывают себя в геологических условиях, близких к идеальным. Однако такие скважины попадали в число кандидатов на ЗБС в первую очередь, и сегодня их осталось уже не так много, а в будущем условия и задачи бурения БС, судя по всему, будут только усложняться.

ТИПИЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ РАСШИРЕНИИ БС

Увеличение диаметра БС, равно как и скважин малого диаметра, может применяться с несколькими целями. Как правило, основная задача заключается в повышении качества цементирования БС за счет увеличения заколонного пространства для формирования цементного камня. Расширение интервала перфорации обычно применяют для улучшения дренажа нефтеносного пласта.

Кроме того, к числу относительно новых задач можно отнести подготовку интервала к размещению скважинного оборудования — например, гравийного (противопесочного) фильтра или же скважинных насосных установок (при сплошном расширении ствола). Дело в том, что большинство линеек такого оборудования рассчитаны на стандартные диаметры эксплуатационных колонн — от 146 до 168 мм, и на сегодняшний день модификации для стволов малого диаметра либо слишком дороги, либо еще требуют значительных доработок и испытаний. Поэтому предпочтительным вариантом, возможно, следует считать не уменьшение типоразмеров добычных установок, а расширение самого ствола.

Вместе с тем значительная часть трудностей при ЗБС сопряжена именно с операциями локального или сплошного расширения БС и последующего спуска обсадных колонн.

Как мы уже говорили выше, в подавляющем большинстве случаев для ЗБС на российских месторождениях используются и эксцентричные (бицентричные) долота. И именно эксцентричный принцип работы такой системы обуславливает целый ряд нежелательных факторов, отрицательно сказывающихся как на качестве ствола, так и на работе самого оборудования. К таким факторам прежде всего относится образование каверн и неровностей на стенках БС. Этот эффект отчетливо подтверждают данные кавернометрии, и в сочетании со сложным профилем большинства БС он приводит к трудностям при спуске обсадных труб и необходимости повторных СПО.

Другой важнейший отрицательный фактор — повышенные уровни вибрации. Помимо разрушительного воздействия на компоненты КНБК, вибрация зачастую нарушает работу систем MWD и геофизического оборудования, делая бурильную колонну фактически неориентируемой. Из-за трудностей, связанных с управлением КНБК в режиме ориентированного бурения, увеличивается общее время бурения.

Эксцентричное вращение породоразрушающего инструмента с опорой на стабилизаторы или ВЗД также становится дополнительной причиной обрушения стенок ствола при бурении относительно мягких горных пород или перемежающихся пластов. Применение в таких случаях специальных промывочных жидкостей с укрепляющими стенки скважины добавками может приводить к кольматации ПЗП и искажению данных каротажа.Еще один фактор, который приходится учитывать и нивелировать при работе эксцентричными долотами — это тенденция КНБК к уменьшению зенитного угла за счет более эффективного породоразрушения по нижнему краю контакта долота с породой. Такие КНБК называют маятниковыми. Этот эффект также приводит к формированию неровностей и искривлений стенок ствола.

Все перечисленные выше факторы в совокупности с неизбежно меньшей производительностью эксцентричного инструмента по сравнению с концентрически сбалансированным обуславливают увеличение сроков и затрат на ЗБС. Нецилиндрический ствол имеет эффективный проходной диаметр меньше ожидаемого диаметра бурения.

РАСШИРИТЕЛИ КОНЦЕНТРИЧЕСКОГО ТИПА

Совершенно другой принцип расширения ствола заложен в конструкцию компоновок на основе расширителей концентрического типа. В данном случае основную работу выполняют блоки резцов, гидравлически выдвигаемые из корпуса расширителя после спуска инструмента на нужную глубину. Компания SMITH Services (Schlumberger) разработала две линейки таких расширителей, первая из которых — Rhino XS может использоваться в составе роторных КНБК, с вращением бурильной колонны с поверхности либо с ВЗД с возможностью «активации» расширителя после достижения окончательного забоя ствола малого диаметра или же отдельным рейсом. Вторая модель — Rhino AB — представляет собой наддолотный расширитель, преимущество которого состоит в возможности расширения ствола в процессе его бурения.

РАСШИРИТЕЛЬ RHINO XS

Расширитель Rhino модели XS — это гидравлический раздвижной инструмент концентрического типа, предназначенный для расширения ствола скважины до 25%. Инструмент эффективно расширяет ствол, обеспечивая улучшенный контроль эквивалентной плотности, идеально подходит для использования со всеми типами управляемых систем роторного бурения.

В корпус Rhino XS встроены три равноудаленных блока резцов со вставками PDC, которые обеспечивают максимальную скорость проходки в широком диапазоне типов пород и отличаются исключительной долговечностью (рис. 1). Приводимый в действие последовательным сбросом шаров надежный гидравлический механизм обеспечивает безотказное выдвижение и возвращение блоков в исходное положение во избежание прихватов КНБК. При этом надежность механизма во много обеспечивается запатентованной системой «Z-Drive» — специальными выступами и канавками на боковых поверхностях блоков. Такой профиль блоков надежно удерживает их в рабочем положении как при расширении ствола сверху-вниз, так и при обратной проработке в процессе циркуляции. В то же время при сбросе давления промывочной жидкости любое направленное сверху вниз усилие будет способствовать возвращению блоков в транспортное положение.

Блоки режущих элементов расширителей Rhino XS (ISB и ICB) проектируются под предполагаемые горно-геологические условия бурения (рис. 2). В зависимости от наличия или отсутствия на траектории ствола солей, глинистых сланцев или песчаников рекомендуемые конфигурации вооружения расширителя будут разными. При этом блоки резцов могут заменяться в условиях ремонтной мастерской.

Технология проектирования блоков резцов для расширителей Rhino заимствована из процесса производства широко известных долот Smith Bits. Инженеры Smith испытывают каждую точно смоделированную режущую структуру PDC в программном комплексе — Интегрированной системе динамического моделирования IDEAS, что позволяет заранее определить оптимальную конструкцию блока для заданных условий применения, а также ее функциональные и ресурсные характеристики.

Особенно высоких результатов при этом удается добиться, сочетая расширители Rhino с долотами Smith Bits. В этом случае применяется комбинированное моделирование работы всех элементов КНБК в процессе бурения в специальной программе I-DRILL с учетом большего числа переменных (рис. 3). Такой комплексный подход к проектированию КНБК гарантированно сводит к минимуму вибрацию и обеспечивает максимально высокое качество расширенного ствола и скорость проходки.

И, что особенно важно для применения в боковых стволах, диапазон типоразмеров расширителей Rhino XS достаточно широк и начинается с инструмента, рассчитанного на внутренний диаметр расширяемого ствола от 95 мм (табл.1).

СТАБИЛИЗАТОР RHINO

По мере того как профили стволов и отдельные компоненты в составе КНБК усложняются, уменьшение вибрации бурильной колонны становится все более важным фактором, определяющим строительство качественного ствола скважины.

Вибрация сокращает срок службы буровых долот и расширителей, а также ожидаемый срок службы инструментов MWD и LWD (измерений и каротажа в процессе бурения), ВЗД или управляемых систем роторного бурения. Кроме того, чрезмерные вибрации могут замедлить бурение и, как правило, приводят к дополнительным издержкам из-за повреждения скважинных инструментов. В серьезных случаях вибрация бурильной колонны может даже привести к потере всей КНБК в скважине, и на устранение аварии в таком случае требуются значительные затраты времени и денег.

Компания SMITH Services (Schlumberger) разработала стабилизатор Rhino для уменьшения вибраций бурильной колонны во время работ по расширению ствола скважины. В стабилизаторе Rhino применяется стойкий к абразивному износу стабилизирующий блок, приводимый в рабочее положение с помощью той же системы «Z-Drive», которая используется в расширителе Rhino XS. При спуске над Rhino XS стабилизатор Rhino обеспечивает концентричные устойчивые точки контакта в расширяемом участке ствола, что повышает эффективность и рабочие параметры бурения за счет существенного уменьшения вибрации бурильной колонны.

Концентричный стабилизатор увеличивает боковую опору в расширенном стволе и повышает динамическую устойчивость колонны. В свою очередь, наличие твердосплавных вставок и вставок PDC в блоках стабилизатора обеспечивает превосходную износостойкость

Наружный диаметр стабилизатора Rhino обычно немного меньше диаметра расширителя Rhino XS, и его размещают в 10 метрах над расширителем. Аналогично расширителю Rhino XS, стабилизатор приводится в действие путем сбрасывания шара.

НАДДОЛОТНЫЙ РАСШИРИТЕЛЬ RHINO AB

Наддолотный гидравлический расширитель Rhino AB (AB = At a Bit: на долоте) — новейшее достижение компании Smith — позволяет одновременно проводить бурение и расширение ствола в наклонно-направленных скважинах с использованием забойных двигателей (рис. 5). Инструмент обеспечивает высокое качество и концентричность ствола скважины, находясь при этом непосредственно под забойным двигателем (рис. 6).

Расширитель Rhino AB вполне подходит для расширения стволов скважин при разработке малорентабельных или находящихся на поздней стадии разработки месторождений, когда по экономическим показателям нельзя использовать более дорогостоящие роторные управляемые системы.

В конструкции расширителя Rhino AB используется пороговый дифференциальный гидропривод, обеспечивающий циркуляцию, а также уже описанная выше система «Z-Drive» для одновременного выдвижения или вдвижения трех блоков резцов.

Минимальный типоразмер Rhino AB рассчитан на внутренний диаметр ствола 120 мм до расширения (табл. 2).

ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАСШИРИТЕЛЕЙ RHINO

Расширители марки Rhino впервые были спущены в скважину в 2001 году, и в мировых масштабах опыт их применения к настоящему моменту огромен. Фактически инструмент давно стал отраслевым стандартом. В России расширители Rhino только начинают внедряться, однако уже сегодня можно говорить о накопленном опыте работ, результаты которых вселяют оптимизм и даже уверенность. В частности, серия проектов по расширению основных и боковых стволов была успешно реализована на ямальских месторождениях «Газпром нефти».

Так, например, в скважине №2243 куста 28а Суторминского месторождения при помощи расширителя Rhino удалось успешно расширить интервал бокового ствола диаметром 123,8 мм до 146 мм. Длина интервала расширения составила 72,5 м.

До применения Rhino подрядчик использовал компоновки с тремя различными бицентричными долотами для расширения интервала набора зенитного угла. Однако слишком низкая механическая скорость проходки и повышенный уровень вибрации в итоге заставили отказаться от этого варианта. Оставшуюся часть ствола от отметки, с которой было поднято последнее бицентричное долото и вплоть до начала горизонтального участка, было решено расширять при помощи компоновки с обычным долотом и концентрическим расширителем.

Перед спуском компоновки в скважину, была произведена опрессовка колонны с долотом, два из трех промывочных насадок которого были предварительно заварены (рис. 7). После сброса шаров и повышения гидростатического давления до 35 атм. блоки резцов расширителя успешно выдвинулись из корпуса и заняли рабочее положение. Затем после выключения буровых насосов и падения давления до нулевой отметки блоки беспрепятственно вернулись в исходное транспортное положение.

КНБК спустили в ствол до отметки 2473,5 м. Через полчаса после первоначального повышения давления до 200 атм и циклов включения-выключения буровых насосов (промывочное отверстие долота оказалось слишком узким) буровикам удалось наладить циркуляцию промывочной жидкости при рабочем давлении 125 атм. Еще через 7 часов интервал длиной 72,5 м был уже расширен до проектного диаметра со средней скоростью проходки порядка 10,35 м/ч. Заказчик оценил применение расширителя Rhino для решения поставленной задачи как успешное.

Также следует отметить, что блоки резцов извлеченного из скважины расширителя остались абсолютно не изношенными (0-0 по классификации IADC), и, значит, инструмент можно было с уверенностью использовать на следующей скважине без замены каких-либо частей или ремонта (рис. 8).

Еще более впечатляющих результатов удалось добиться в скважинах №5707 и 667R того же месторождения. В первом случае интервал длиной 425 м был расширен со 123,8 мм до 146 мм за 21 час. Таким образом, средняя скорость проходки составила около 20 м/ч.

Во второй скважине 95 м по стволу были пройдены за 3,5 часа — т.е. на скорости 27 м/ч. Максимальный расход раствора составил 12 л/с при давлении 146 атм. При этом наблюдались скачки крутящего момента на заботе от 1000 до 2000 psi. В таких участках использовалась обратная проработка ствола для повышения его качества.

В обоих случаях никакого износа резцов после извлечения КНБК из скважины не отмечалось.

Специалисты компании SMITH Services (Schlumberger) участвуют в каждом проекте расширения ствола с помощью инструментов линеек Rhino XS и Rhino AB, потому что каждый такой проект — это новый опыт и возможность сделать последующее применение наших расширителей еще более успешным. Мы видим безграничные перспективы использования концентрических расширителей на российских месторождениях. И если вы остановите свой выбор на расширителях Rhino XS или Rhino AB, мы сделаем все возможное, чтобы вы получили ствол требуемого диаметра и непревзойденного качества в самые сжатые сроки и при минимальных затратах. Хотя в мировых масштабах эффективность инструментов Rhino уже не требует доказательств, мы всегда готовы начать сотрудничество на условиях ОПР или на других взаимовыгодных условиях.