Проект «Кузбасс»

В период с 2020 по 2021 г. ООО «РУСвелл» принимало участие в реализации проекта по строительству разгрузочных скважин на Нарыкско-Осташкинском угольном месторождении.

Проект предусматривал строительство 3-х многозабойных (более 5-ти стволов) субгоризонтальных скважин с восходящим профилем (зенитный угол более 100°) с окончанием типа «фишбон», с пересечением вертикальной скважины в самой низкой точке. Подобная конструкция позволяет в процессе эксплуатации реализовать эффективную дегазацию большой площади угольных пластов в условиях низкого пластового давления.

В процессе реализации проекта с участием ООО «РУСвелл» было выполнено:

• Строительство 3-х вертикальных скважин РН-31, 431Р, 366Р с применением забойной телесистемы (ЗТС) ТСГК-178 собственного производства.
• Строительство секций 220 мм многозабойных скважин (МЗС) 332Р, 517Р, 364Р с применением ЗТС ТСГК-178.
• 3 операции пересечения целевых скважин в системах РН-31 + 332Р, 431Р + 517Р, 366Р + 364Р с применением системы наведения РВМП-маяк собственного производства.
• Строительство секций 152,4 мм МЗС 332Р, 517Р с применением ЗТС ТСГК-120 собственного производства.
• Опытно-промышленные испытания прибора Азимутального Гамма Каротажа (АГК) собственного производства.

Первая система скважин: №РН-31 (вертикальная) и №332Р (многозабойная). Строительство велось в период с августа 2020 г. по январь 2021 г.

Скважина №РН-31 — вертикальная, глубиной 620 м, эксплуатационная колонна 178 мм спущена до забоя. В интервале продуктивного горизонта (глубина 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 (ГК).

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 обсадной колонной 178 мм до глубины 595 м. Секция 152,4 мм состоит из 2-х частей: первая — интервал от башмака ОК-178 до пересечения скважины РН-31, вторая — многозабойное окончание типа «фишбон» из 5-ти боковых стволов (БС) и основного ствола (ОС). 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 развёрнуты по азимуту (АЗ) «влево» от основного ствола, стволы БС-2, БС-4, БС-5 — «вправо» (см. рис. 1 и 2). Зенитный угол (ЗУ) стволов в «левом веере» (БС-1 и БС-3) составляет 90–100°, в «правом веере» (БС-2, БС-4, БС-5) — 98–103°, в основном стволе — 98–100°. Такое пространственное положение обусловлено залеганием продуктивного пласта: вдоль основного ствола пласт «поднимается» с углом порядка 10° от горизонта, а поперёк — имеет уклон в левую сторону порядка 8–13°. Финальные забои боковых стволов составляют от 1300 до 1600 м, общая проходка по пласту — более 4000 м. Индекс удалённости от вертикали (ERD) — от 6 до 6,4.

Гидравлическое сообщение между скважинами РН-31 и 332Р является обязательным условием для последующей эффективной эксплуатации системы скважин. Для его получения 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. Метод построения траектории на основе замеров инклинометрии также обладает системной погрешностью. Их совокупность даёт неопределённость положения ствола в пространстве. На глубине пересечения стволов (600–700 м) неопределённость может достигать 10–12 м. Как показали гидравлические испытания, при первой попытке пересечения при расстоянии между стволами порядка 3–5 м связь получить не удаётся.

Для решения этой задачи (проводка ствола в радиусе не более 2 м от целевой скважины) в ООО «РУСвелл» была разработана система наведения КНБК «РВМП-маяк» и изготовлен опытный образец. Принцип работы: 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 фиксирует магнитное поле от переводника, что позволяет определить направление и расстояние от цели до фактического местоположения КНБК. Применение маяка РВМП позволяет оценить взаимное положение стволов с точностью до 0,3 м. На основе данных корректируется траектория, что позволяет реализовать пересечение при повторном проходе.

При строительстве системы РН-31 — 332Р задача пересечения была реализована с третьей попытки. Первый ствол пробурен в интервале 595–687 м; по данным маяка минимальное расстояние составило 3,5–4 м. Гидродинамические испытания положительного результата не дали, ствол ликвидирован цементным мостом до 610 м. Второй ствол (610–690 м) прошёл на 1 м выше окна колонны РН-31, минимальное расстояние 0,5–0,7 м, но ствол оказался выше продуктивного пласта. Третий ствол (635–682 м) был пробурен срезкой в открытом стволе: на глубине 680,5 м зафиксировано падение давления на стояке 332Р на 10 атм, на РН-31 наблюдалось открытое фонтанирование — гидравлическое сообщение получено.

Задача была реализована с третьей попытки по следующим причинам:

1. Задача выполнялась впервые — многие детали технологии пересечения разрабатывались непосредственно в процессе работ.
2. Траектория предполагала пересечение кровли продуктивного пласта прямо перед вертикальной скважиной под очень малым «углом атаки» — высокий риск «отскока» от кровли, что и произошло при второй попытке.
3. Большая пространственная интенсивность профиля (набор ЗУ 2,4°/10 м) обусловлена взаимным положением устьев — сильно ограничено пространство для манёвра в горизонтальной плоскости.

Профиль многозабойной скважины 332Р осложнён следующими факторами:

1. Большие отходы от вертикали — забои боковых стволов от 1000 до 1200 м. Чем больше отход, тем выше трение со стенками и хуже подвижность бурильной колонны (БК).
2. Малая вертикальная глубина — максимальная вертикаль 528 м, на забоях БС — 390–420 м. Осевая нагрузка создаётся весом БК в условно вертикальном участке (ЗУ менее 70°); вес БК на участках с ЗУ более 70° «работает» против подвижности КНБК.
3. Восходящий субгоризонтальный участок с ЗУ более 90° — общая протяжённость более 3100 м. Вес БК здесь «работает» против движения, ухудшая управляемость.
4. Большая интенсивность набора ЗУ (2,2–3°/10 м) в интервале технической колонны (380–600 м) и пересечения (600–680 м) — увеличивает трение и ограничивает «право на ошибку».
5. Развороты боковых стволов по АЗ — порядка 30° влево и 40° вправо от основного ствола. Требуют продолжительных участков направленного бурения (без вращения).
6. Высокий индекс удалённости от вертикали (ERD) — от 6 до 6,4.

Проектирование КНБК, анализ расчётных нагрузок и моментов, гидравлические расчёты в полном объёме производились инженерной группой ООО «РУСвелл» с применением отечественного ПО «Бурсофтпроект». Учитывались как расчётные значения, так и опыт бурения на других месторождениях.

Особенности КНБК и БК:

1. В нижней части БК — легкосплавный бурильный инструмент (ЛБТ) для максимального облегчения веса в субгоризонтальном участке; позволило доводить нагрузку до долота на финальных забоях.
2. В средней части — СБТ и ТБТ для предотвращения синусоидального и винтового изгибов БК и эффективной передачи осевой нагрузки.
3. Верхняя часть — УБТ для создания максимальной осевой нагрузки в условно вертикальном участке.
4. Подбор длин частей БК — на основе анализа нагрузок и моментов так, чтобы управляемость каждой КНБК сохранялась на максимально возможном интервале бурения.

На этапе проектирования разработано 11 КНБК для бурения секции 152,4 мм — такое количество обусловлено высоким ERD (6…6,4). Необходимо было периодически менять состав БК, чтобы тяжёлые элементы (УБТ) находились в условно вертикальном участке и не заходили в горизонтальный.

Анализ фактических данных бурения позволил скорректировать проектные КНБК и сократить их количество: секцию 152,4 мм удалось пробурить всего 5-ю КНБК, достигнув целевых показателей по проходке с выдерживанием профиля. Это вдвое сократило плановое количество СПО и время строительства. Полученные данные затем эффективно использованы при проектировании КНБК для скважины №517.

Целевой продуктивный горизонт скважины №332Р находится в относительно молодых Пермских отложениях, что обуславливает следующие особенности:

1. Большие углы залегания продуктивного пласта — от 3 до 13°.
2. Относительно большая мощность пласта — порядка 5 м.
3. В зависимости от направления пласт залегает под разными углами: форма залегания повторяет рельеф местности, а местность на Кузбассе очень холмистая.
4. Месторождение геологически малоизучено по сравнению с нефтяными, где активно ведётся эксплуатационное бурение.

Эти особенности вкупе со сложным профилем «фишбон» значительно усложнили проводку ствола по пласту. Уже в начале первого бокового ствола (БС-1), несмотря на полное соответствие профиля проекту, был получен выход в кровлю пласта — «вернуться» удалось только через 100 м (эти 100 м будут неэффективны при эксплуатации). Всего при бурении 332Р зафиксировано порядка 10 случаев приближения к границам пласта, в четырёх потребовалась срезка в открытом стволе на 30–70 м выше контакта. Основная проблема — слабая изученность залегания пласта: отклонение по вертикали в конце основного ствола между проектным и фактическим профилем составило порядка 18 м, что говорит о большой погрешности стратиграфической модели. Зачастую, приближаясь к границе, невозможно было точно определить — кровля это или подошва.

Для различения кровли и подошвы специалистами ООО «РУСвелл» был изготовлен опытный образец прибора Азимутального Гамма Каротажа в процессе бурения (АГК). Бурение БС-5 и основного ствола на 332Р производилось с включением в КНБК прибора АГК. На этих интервалах не было ни одного выхода за границы горизонта, а при 1 приближении к кровле и 1 — к подошве запись АГК однозначно определила тип границы.

Полноценное применение АГК реализовано на скважине №517Р (профиль и конструкция аналогичны 332Р). Проводка велась под руководством команды геонавигации: на основе структурной карты строится модель залегания пласта с синтетическими кривыми ГК; во время бурения по фактическим данным ЗТС строится фактический профиль и кривые ГК; сравнение синтетического и фактического ГК корректирует структурную карту, на основе которой принимается решение о направлении проводки. Эффективность геонавигации сильно зависит от достоверности исходной карты. При бурении №517Р зафиксировано 8 случаев приближения к границам: в 5-ти прогноз геонавигации был корректным, в 3-х — неверным. Данные АГК позволили со 100% вероятностью определить тип границы во всех 8-ми случаях.