АННОТАЦИЯ:
Научно-технический прогресс за последнее столетие привел к колоссальному росту потребления полезных ископаемых, в том числе нефти и газа. Большая часть эксплуатируемых месторождений нефти и газа в Республике Узбекистан уже значительно выработаны, поэтому необходимы поиски новых углеводородных ресурсов, в частности, на больших глубинах. В решении этой задачи особая роль отведена глубокому и сверхглубокому бурению. В данной статье представлен современный отечественный опыт бурения глубоких и сверхглубоких скважин в Устюртском регионе. Проанализированы методы и технологии, которые были применены при строительстве скважин. По результатам анализа выявлено, что существующие ограничения параметров бурения глубоких и сверхглубоких скважин вызваны техническими характеристиками наземного и забойного бурового оборудования, требующими дальнейшего совершенствования для успешного бурения при экстремальных условиях. Вводится понятие «экстремальные горно-геологические условия процесса бурения», характеризующее бурение в условиях высоких гидростатических и гидро динамических давлений столба промывочной жидкости и высоких забойных температурах, приближающихся к верхнему пределу технических характеристик элементов компоновки низа бурильной колонны, самой бурильной колонны и используемой промывочной жидкости.
ВВЕДЕНИЕ. В настоящее время новые источники углеводородного сырья характеризуются труднодоступностью и требуют внедрения передовых технологий для их разведки и добычи. Большинство эксплуатируемых месторождений значительно исчерпаны, что обусловливает необходимость поиска новых углеводородных ресурсов, в том числе на значительных глубинах, что, в свою очередь, требует применения новейших технологий глубокого бурения. Эти меры являются решающими для значительного расширения минерально-сырьевой базы нашей страны.
Под «глубокой скважиной» в Узбекистане принято принимать скважину, глубина которой значительно превышает промышленно освоенную глубину бурения (до 3500 м). В данной статье под понятием «глубина» подразумевается расстояние от устья до забоя скважины по вертикали. Таким образом, не рассматриваются протяженные наклонно-направленные и горизонтальные скважины.
ОБСУЖДЕНИЯ. В настоящее время в Устюртском регионе работы по строительству нефтегазовых скважин проводятся в суровых климатических и сложных горно-геологических условиях. Однако, данные условия не сдерживают масштабное бурение глубоких и сверхглубоких скважин Компанией ERIELL.
ОСНОВНЫЕ СДЕРЖИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ:
- Крайне сложные горно-геологические условия. Буровые работы проводятся в условиях высоких температур и давлений на забое, с применением промывочных жидкостей повышенной плотности. Температура на забое глубоких скважин варьируется от 140 до 215 °С (табл. 1).
- Предельно допустимые технические характеристики основного наземного бурового оборудования включают следующие параметры: основной парк буровых установок для глубокого бурения рассчитан на нагрузку на крюке до 4400 кН (450 тонн) при максимальной глубине бурения 7000 мет ров. Частота вращения ротора достигает до 150 об/мин, а буровые насосы способны развивать давление на выходе до 35 МПа;
- Прочностные характеристики элементов КНБК;
- Предельные технические возможности стандартного породоразрушающего инструмента;
- По частоте вращения до 300-400 об/мин;
- По максимально допустимой нагрузке до 15 т;
- Ограничения, определяемые термостой костью буровых растворов. Современные системы стандартных буровых промывоч ных жидкостей успешно выполняют свои фуНКЦИИ ПрИ температурах ДО 150 °С;
- Непосредственно процесс разрушения абразивных и крепких пород, слагающих земную кору.
Применяемые в настоящее время технологии и буровое оборудование для массового бурения, не позволяют эффективно осуществлять бурение скважин в экстремальных условиях, ввиду кратно возрастающих нагрузок на бурильную колонну и элементы КНБК.
Для оценки технико-экономической эффективности технологии бурения используются различные показатели, одним из основных показателей является механическая скорость проходки (МСП). Высокая МСП при сложных горно-геологических условиях позволит повысить эффективность бурения глубоких скважин, сократить сроки строительства и снизить себестоимость буровых работ.
Ранее на территории Республики Узбекистан турбобуры применялись для бурения на относительно неглубоких интервалах, так как их низкие терма-прочностные характеристики приводили к неоднократным поломкам и отказам.
Буровые долота с традиционными конструкциями в условиях высокоабразивных и крайне крепких пород подвергались быстрому износу. Эти факторы способствовали к частым спуска-подъемным операциям, снижая эффективность буровых работ и приводя к значительным временным и финансовым затратам.
Однако с появлением технологий изготовления импрегнированных алмазных долот и гибких титановых приводных валов турбобуров, в сфере бурения нефтегазовых скважин произошел значительный прорыв. Импрегнированные алмазные долота, обеспечивающие высокую устойчивость к истиранию и термовоздействиям, а также использование гибких приводных валов из титана в турбобурах, обладающих непревзойденной прочностью, надежностью, долговечностью и способных выдерживать высокие нагрузки и частоты вращения, позволили значительно повысить эффективность буровых работ в сложных горно-геологических условиях.
На скважине № Б месторождения № 2 Бердахского вала были достигнуты высокие МСП, благодаря применению передовых технологий и оборудования:
- Применение высокооборотных (:::1000 об/ мин на рабочем режиме) алмазных импрегнированных термостойких буровых долот (рис. 1) диаметром 215,9 мм;
- Применение высокооборотных (:::1000 об/ мин на рабочем режиме) турбобуров (рис. 2) для экстремальных условий бурения;
- Подбор дизайна КНБК для предотвращения самопроизвольного искривления ствола скважин.
Импрегнированные долота для вращательного бурения состоят из режущих кромок, покрытых карбидом вольфрама, со вставками искусственных алмазов. Такие долота отличаются высокой стойкостью к износу и долго вечностью.
Турбобур — это забойный гидравлический двигатель, который используется для вращательного бурения скважин. Он представляет собой гидравлическую турбину, в которой поток бурового раствора направляется через лопасти турбины, заставляя ее вращаться и, таким образом, приводя в движение буровое долото. Турбобуры могут достигать высоких скоростей вращения, что позволяет быстро бурить через твердые породы. Необходимо отметить, что турбобуры применяются при повышенных забойных температурах и давлениях, отличаются высокой износостойкостью и надежностью.
На рисунке ниже приведены результаты полученных МСП при применении турбобура в комбина ции с импрегнированным долотом в скв. № Б и других скважинах на аналогичных глубинах месторождения № 2 Бердахского вала. Так как углубление с помощью турбобура было осуществлено в двух рейсах, для сравнения приведены два интервала, на которых срав ниваются достигнутые МСП: интервал № 1- 4330-4500 м, интервал № 2 — 4550-4730 м.
B интервале № 1 рейсовая МСП с турбобуром составила 3,40 м/ч, тогда как на других скважинах в аналогичном интервале значение данного показателя составляло 1,30-1,50 м/ч. Благодаря использованию турбобура с импрегнированным долотом удалось достигнуть ускорение МСП в 2,27 раза.
В интервале № 2 рейсовая МСП с турбобуром составила 2,67 м/ч, тогда как на других скважинах в аналогичном интервале значение данного показателя достигает не более 1,40 м/ч. Благодаря использованию турбобура с импрегнированным долотом удалось достигнуть ускорение МСП в 1,91 раза.
Благодаря оптимизации дизайнов РОС долот, подборе эффективных КНБК и режимов бурения, на скважине №А месторождения №1 Бердахского вала в секции под 177,8 мм эксплуатационную колонну достигнута средняя МСП (в интервале 3100-4500 м), которая составила рекордные 6,77 м/ч.
Также следует отметить, что Компанией ERIELL на Устюртском участке была пробурена самая глубокая скважина в регионе, вертикальная глубина которой составила 6515 метров.
В реализации данного проекта ключевую роль сыграла опытная команда специалистов Компании ERIELL Group, которая успешно применила передовые технологии, оборудование и методы бурения глубоких и сверхглубоких скважин.
Заключение. В последнее десятилетие бурение глубоких и сверхглубоких скважин в Устюртском регионе приобрело значительную роль в развитии отечественного опыта бурения скважин. Этот регион характеризуется сложными горно-геологическими условиями, которые бросают вызов инженерам и исследователям. Именно эти трудности являются стимулом развития отрасли.
Горно-геологические условия Устюртского региона включают в себя высокое давление и температуру, сложные литологические составы и наличие различных тектонических нарушений. Эти факторы делают бурение глубоких скважин особенно сложным процессом, требующим применения высоких технологий и профессиональных навыков. Несмотря на все сложности, в Устюртском регионе не прерывно ведутся опытно-промышленные работы (ОПР) по опробованию новых технологий бурения и современного оборудования.
ОПР включают в себя использование современного бурового оборудования, применение инновационных технологий и использование эффективных буровых растворов, а также методов удаленного мониторинга и инжиниринга.
Стремление к бурению еще более глубоких скважин продолжается, поскольку наша страна стремится получить доступ к новым источникам энергии. Несмотря на трудности данной задачи, потенциальная выгода открытия новых месторождений и залежей нефти и газа, является ключевой целью в обеспечении энергонезависимости страны.
ЛИТЕРАТУРА
- Кучеров В.Г., Бессель В.В. Вызовы и риски глубокого и сверхглубокого бурения. Буре ние и нефть, 2020, № 3, с.12-17.
- Haige Wang, Hongchun Huang Wenxin Bi et al. Deep and ultra-deep oil and gas well drilling technologies: Progress and prospect. Natural Gas lndustry В, 2022, Vol. 9, lss. 2, р. 141-157. DO1:10.1016/j.ngib.2021.08.019
- Dvoynikov M.V., Sidorkin D.I., Kunshin А.А., Kovalev D.A. Development of hydraulic turbodrills for deep well