Проект «Кузбасс»

Система №РН-31 и №332Р

Первая система скважин: №РН-31 — вертикальная, и №332Р — многозабойная. Строительство данной системы производилось в период с августа 2020 года по январь 2021 года.

Скважина №РН-31 — вертикальная, глубиной 620 м. Эксплуатационная колонна 178 мм спущена до забоя. В интервале продуктивного горизонта, на глубине 540 м, вырезано «окно» в обсадной колонне для последующего пересечения стволом скважины №332Р.

Бурение секции 220 мм производилось с применением ЗТС ТСГК-178 для контроля вертикальности ствола и записи гамма-каротажа.

Скважина №332Р — многозабойная с окончанием типа «фишбон». Секция 220 мм под техническую колонну пробурена с применением ЗТС ТСГК-178 для проводки ствола согласно проектному профилю и записи ГК во время бурения. Крепление секции 220 мм выполнено обсадной колонной 178 мм до глубины 595 м.

Секция 152,4 мм состоит из двух частей: первая — интервал от башмака ОК-178 до пересечения скважины РН-31, вторая — многозабойное окончание типа «фишбон» из 5-ти боковых стволов и основного ствола. Интервал основного ствола обсажен фильтром-хвостовиком диаметром 114 мм.

Боковые стволы длиной от 600 до 800 м пробурены в продуктивном горизонте с разворотом по азимуту. Стволы БС-1 и БС-3 развернуты по азимуту влево от основного ствола, стволы БС-2, БС-4, БС-5 — вправо от основного ствола.

Зенитный угол стволов в «левом веере» составляет от 90 до 100°, в «правом веере» — от 98 до 103°, в основном стволе — 98–100°. Финальные забои боковых стволов составляют от 1300 до 1600 м, общая проходка по пласту — более 4000 м. Индекс удаленности от вертикали (ERD) — от 6 до 6,4.

1. Получение гидравлического сообщения в системе РН-31 — 332Р

Гидравлическое сообщение между скважинами РН-31 и 332Р является обязательным условием для последующей эффективной эксплуатации системы скважин.

Для получения гидравлического сообщения необходимо провести ствол скважины 332Р максимально близко к стволу РН-31 в интервале окна в обсадной колонне. Расстояние между стволами должно быть не более 2 м.

В современных инклинометрических приборах, как и в любых средствах измерений, есть инструментальная погрешность. Кроме того, метод построения траектории на основе замеров инклинометрии также обладает системной погрешностью. Совокупность погрешностей может давать неопределенность положения ствола в пространстве.

На глубине пересечения стволов 600–700 м неопределенность положения может достигать 10–12 м. Как показали гидравлические испытания, при первой попытке пересечения и расстоянии между стволами порядка 3–5 м гидравлическую связь между скважинами получить не удалось.

Для решения данной технологической задачи в ООО «РУСвелл» была разработана система наведения КНБК «РВМП-маяк» и изготовлен опытный образец.

Суть работы системы заключается в следующем: в целевой интервал — окно в колонне вертикальной скважины — спускается маяк РВМП; в КНБК для бурения многозабойной скважины включается магнитный переводник. При прохождении КНБК в радиусе 20 м от целевой скважины маяк РВМП фиксирует магнитное поле от переводника, что позволяет определить направление и расстояние до цели.

Применение маяка РВМП позволяет оценить взаимное положение стволов скважин с точностью до 0,3 м. На основе данных маяка производится корректировка траектории многозабойной скважины, что позволяет реализовать задачу пересечения при повторном проходе.

При строительстве системы РН-31 — 332Р задача пересечения вертикальной скважины была реализована с третьей попытки.

Причины реализации задачи с третьей попытки

1. Задача выполнялась впервые, многие детали технологии пересечения разрабатывались непосредственно в процессе выполнения работ.
2. Траектория предполагала пересечение кровли продуктивного пласта непосредственно перед вертикальной скважиной под малым «углом атаки», что увеличивало риск «отскока» от кровли.
3. Большая пространственная интенсивность проектного профиля, порядка 2,4°/10 м, была обусловлена взаимным положением устьев скважин и ограничивала пространство для маневра.

2. Обеспечение управляемости КНБК при бурении секции 152,4 мм

Профиль многозабойной скважины 332Р осложнен рядом факторов.

1. Большие отходы от вертикали — отходы забоев боковых стволов составляют от 1000 до 1200 м. При больших отходах значительное влияние на подвижность бурильной колонны оказывают силы трения.
2. Малая вертикальная глубина — максимальная вертикаль ствола составляет 528 м, на конечных забоях боковых стволов вертикали составляют от 420 до 390 м.
3. Восходящий субгоризонтальный участок с зенитным углом более 90° — общая протяженность таких участков составляет более 3100 м.
4. Большая интенсивность набора зенитного угла — 2,2–3°/10 м в интервале технической колонны и интервале пересечения вертикальной скважины.
5. Развороты боковых стволов по азимуту в субгоризонтальном участке — порядка 30° влево и порядка 40° вправо от основного ствола.
6. Высокий индекс удаленности от вертикали (ERD) — от 6 до 6,4.

Проектирование КНБК, анализ расчетных нагрузок и моментов, а также гидравлические расчеты в полном объеме производились инженерной группой ООО «РУСвелл» с применением отечественного ПО «Бурсофтпроект».

В процессе проектирования учитывались как расчетные значения, так и опыт бурения, полученный на других месторождениях. Была разработана серия КНБК с составной бурильной колонной, применение которых позволило эффективно выполнить строительство скважины 332Р.

Особенности КНБК и бурильной колонны

1. В нижней части бурильной колонны располагался легкосплавный бурильный инструмент — для максимального облегчения веса БК в субгоризонтальном участке.
2. В средней части располагались СБТ и ТБТ — для предотвращения синусоидального и винтового изгибов БК и эффективной передачи осевой нагрузки.
3. Верхняя часть БК состояла из УБТ — для создания максимальной осевой нагрузки в условно вертикальном участке.
4. Подбор длин различных частей БК осуществлялся на основе анализа расчетных нагрузок и моментов.

На этапе проектирования было разработано 11 КНБК для бурения секции 152,4 мм. Такое количество было обусловлено профилем скважины и высоким индексом удаленности от вертикали.

Анализ данных, полученных при бурении секции 152,4 мм на скважине №332Р, позволил скорректировать проектные КНБК и сократить их количество. В результате бурение секции удалось осуществить всего 5-ю КНБК, достигнув целевых показателей по проходке по продуктивному пласту и выдерживанию проектного профиля.

3. Проводка скважины в пределах продуктивного горизонта

Целевой продуктивный горизонт скважины №332Р на Нарыкско-Осташкинском метаноугольном месторождении находится в относительно молодых Пермских отложениях. Это обуславливает следующие особенности продуктивного горизонта:

1. Большие углы залегания продуктивного пласта — от 3 до 13°.
2. Относительно большая мощность продуктивного пласта — порядка 5 м.
3. Форма залегания пласта повторяет рельеф местности на поверхности, а местность в Кузбассе холмистая.
4. Геологически месторождение изучено слабее по сравнению с нефтяными месторождениями, где активно ведется эксплуатационное бурение.

Эти особенности, в совокупности со сложным проектным профилем типа «фишбон», значительно усложнили процесс проводки ствола скважины по продуктивному пласту.

Уже в начале первого бокового ствола БС-1, несмотря на соответствие фактического профиля проектному, был получен выход в кровлю продуктивного пласта. Вернуться в продуктивный горизонт удалось только через 100 м, то есть порядка 100 м ствола скважины будут неэффективны при последующей эксплуатации.

Всего за время бурения скважины 332Р было зафиксировано порядка 10 случаев приближения к границам пласта. В четырех случаях для возврата в продуктивный пласт потребовалась срезка в открытом стволе на 30–70 м выше места контакта с границей пласта.

Основной проблемой являлась слабая изученность залегания продуктивного пласта. Например, отклонение по вертикали в конце основного ствола между проектным профилем и фактическим профилем, проложенным в продуктивном пласте, составило порядка 18 м.

Для решения задачи различения кровли и подошвы продуктивного горизонта специалистами ООО «РУСвелл» был изготовлен опытный образец прибора для азимутального гамма-каротажа в процессе бурения — АГК.

Бурение БС-5 и основного ствола на скважине 332Р производилось с включением прибора АГК в КНБК. При бурении этих интервалов не было ни одного случая выхода за границы продуктивного горизонта, однако были зафиксированы случаи приближения к кровле и подошве. Запись АГК позволила однозначно определить тип границы продуктивного пласта.

Полноценное применение АГК было реализовано при бурении скважины №517Р Нарыкско-Осташкинского месторождения. Профиль и конструкция скважины №517Р аналогичны скважине 332Р.

Проводка скважины №517Р по продуктивному пласту осуществлялась под руководством команды геонавигации. Во время бурения фактические данные от ЗТС — инклинометрия, гамма-каротаж и другие параметры — использовались для построения фактического профиля и корректировки структурной карты пласта.

При бурении скважины №517Р было зафиксировано 8 случаев приближения к границам продуктивного пласта. В 5 случаях прогноз геонавигации был корректным, в 3 случаях — неверным. Данные, полученные с применением АГК, позволили со 100% вероятностью определить тип границы во всех 8 случаях.