Применение боковых стволов для интенсификации притока жидкости к скважинам и для увеличения нефтеотдачи

Введение

В нефтяной отрасли России сложилась неблагоприятная геолого-техническая структура запасов нефти, в которой доля традиционных (освоенных) запасов составляет 35%. Другая - большая часть - приходится на долю трудно-извлекаемых запасов (низкопроницаемые пласты, остаточные запасы. глубокопогруженные горизонты, высоковязкие нефти, подгазовые зоны).
Следствием ухудшения структуры запасов при стабильной и даже несколько растущей годовой добыче являются снижение средних дебитов добывающих скважин, рост капиталоемкости и трудоемкости добычи нефти.
Для сохраненияя достигнутых уровней или увеличения добычи нефти на освоенных месторождениях требуется проведение различных геолого-техническим мероприятий (ГТМ) таких как гидроразрыв пласта, бурение боковых стволов, вторичное вскрытие продуктивных горизонтов, кислотные обработки, радиальное бурение и др.
В процессе эксплуатации нефтяных месторождений дебит скважин со временем уменьшается, что связано с ухудшением коллекторских свойств пласта и повышенного обводнения скважин. В настоящее время в России простаивает свыше 40 тысяч скважин, количество которых с каждым годом увеличивается. В связи с этой проблемой актуальным становится вопрос применение на нефтегазодобывающих предприятиях ремонта старых скважин. Эффективным методом восстановления бездействующих и повышения производительности малодебитных скважин становится бурение бокового ствола из вырезанного участка обсадной колонны [1].
Основными представителями, которые проводили различные исследования и рассматривали проблемы по строительству и зарезки боковых стволов были: З.С. Алиев, К.С. Басниев, С.Н. Бузинов, А.И. Гриценко, А.И. Ермолаев, С.Н. Закиров, Г.А.Зотов, Ю.П. Коротаев, Г.Б. Кричлоу, Б.Б. Лапук, И.В. Серебренников, В.В. Скворцов, В.Р.Хачатуров, А.Х. Шахвердиев. Большое количество работ посвящено изучению зарезки боковых стволов, применению различных технологий и техники для совершенствования внедрения БС на различных месторождениях РФ [2].
Цель данной работы – всесторонне охарактеризовать применение боковых стволов для интенсификации притока жидкости к скважинам и для увеличения нефтеотдачи.
Цель работы достигается благодаря выполнению следующих задач:
- дать общую характеристику бурения боковых стволов как метода воздействия на пласт;
- проанализировать технологию бурения боковых стволов скважин;
- оценить оборудование и инструменты для бурения боковых стволов;
- охарактеризовать преимущества и недостатки бурения боковых стволов скважин.


1 Общая характеристика бурения боковых стволов как метода воздействия на пласт

По применяемым средствам методы воздействия на пласт могут быть разделены на:
- уточнение системы разработки (уплотнение сетки скважин, группирование объектов и пластов);
- гидродинамические (циклические, изменение направления потоков, изменение депрессии в добывающих или нагнетательных скважинах);
- технические (гидроразрыв, горизонтальные и наклонно направленные скважины, зарезка боковых стволов, перфорация, условия бурения);
- химические (ПАВ, полимеры, щелочи, кислоты, эмульсии, соли, гели, ШФЛУ, силикаты);
- газовые (углекислый, углеводородный и дымовой газы, азот, водогазовые смеси, пены, термонеустойчивые агенты);
- тепловые (горячая вода, пар, горение, термогенерирующие агенты);
- физические (магниты, вибротехнологии, электровоздействие);
- биологические (на основе биотехнологий);
-комбинированные [3].
Боковой ствол –стенки скважины, пробуренные в различном направлении. Сегодня можно выделить разные виды боковых стволов. Неориентированный боковой ствол, боковой наклонно-направленный ствол, горизонтальный боковой ствол. Так, неориентированный боковой ствол – это такой боковой ствол скважины, который пробурили в произвольном направлении, как правило, азимутальном, без контроля траектории бурения посредством телесистемы. Боковой наклонно-направленный ствол – так называют ствол боковой, который пробурен в соответствии с заданной проектом траекторией и углом, а также в заданном направлении, которое по-другому называют азимутом. При бурении такого вида скважин контроль и управление за получаемой траекторией осуществляется благодаря телесистеме в режиме реального времени проведения работ. И, наконец, горизонтальный боковой ствол скважины – это такой наклонно-направленный ствол, который содержит участок с зенитным углом, составляющим углом более восьмидесяти градусов. 
Боковые стволы скважины применяются для добычи нефти во многих залежах, за исключением сильно трещиноватых, рыхлых или обваливающихся пород, где затруднено даже бурение простых вертикальных скважин. Можно выделить геологические и физические условия для эффективного использования боковых стволов: 
нефтяные залежи, где трудноизвлекаемые запасы; 
залежи с коллекторами, которые имеют естественную трещиноватось, разломы; 
пласты, где наблюдается высокая неоднородность, особенно по вертикали; 
пласты, которые имеют кавернозные или же карстовые образования; 
пласты линзовидного типа; 
пласты малой толщины; 
пласты, где несцементированные песчаники. 
Бурение боковых стволом дает широкий диапазон области их применения – это увеличение нефтеотдачи, повышение эффективности разработки объектов, реабилитация старых скважин и так далее. Бурение таких стволов представляет из себя очень сложный комплекс работ, который требует использование специальной техники, а также обладание специфическими знаниями

. Кроме того, требуется понимать и геолого-физические характеристики скважины, а также требуется соблюдение всех норм строительства скважины и конструкции бокового ствола. Именно от качества бокового ствола зависит и эффективность их дальнейшего использования. Так, строительство боковых стволов включает в себя следующие этапы: подготовительные работы, исследование состояния скважины, ликвидация нижнего слоя основного ствола, подготовка цементного моста, клина-отклонителя, подготовка окна в обсадной колонне, бурение ствола, крепление скважины, освоение скважины. 
Зарезка боковых стволов - это эффективная технология, позволяющая увеличить добычу нефти на старых месторождениях и коэффициент извлечения нефти из пластов, вернуть в эксплуатацию нефтяные скважины, которые не могли быть возвращены в действующий фонд другими методами.Путем бурения боковых стволов в разработку вовлекаются ранее не задействованные участки пласта, а также трудноизвлекаемые запасы нефти, добыча которых ранее не представлялась возможной.
Применение технологии ЗБС способствует увеличению нефтеотдачи пластов и фактически заменяет уплотнение скважин.Соответствующие технологии помогают сохранить скважину и сэкономить затраты на освоение скважины.
Применяются разные методы ЗБС из скважин бездействующего фонда: вырезание участка колонны, бурение с отклоняющего клина и тдПричем эксплуатация боковых стволов эффективна для всех типов залежей.Себестоимость дополнительно добытой нефти из вторых стволо, как правило, ниже её среднего значения по месторождениям, а затраты на их строительство окупаются в течение 1-2 лет.
Для увеличения длины ствола в продуктивном нефтеносном пласте используется строительство скважин с несколькими горизонтальными участками. Дополнительный эффект можно получить от совмещения зарезки боковых стволов с другими технологиями (ГРП, полгие скважины и тд) [1].

2 Технология бурения боковых стволов скважин
Системы бурения боковых стволов скважины представлено на рис.2

Рис.2 - Системы бурения боковых стволов [4].
Технологические схемы для забуривания боковых стволов представлено на рис.3.

Рис.3 - Технологические способы забуривания боковых стволов: А - вырезание окна в эксплуатационной колонне;б - вырезание части эксплуатационной колонны; в - извлечение верхней незацементированнои части эксплуатационной колонны; г - комбинированный способ бурения бокового ствола; д - бурение бокового ствола с открытого забоя; 1 - клин-отклонитель; 2 - цементный мост [5].
Всего выделяют две методики, которые используются при зарезке боковых стволов для скважин, не разрабатывающихся долгое время: это вырезание части колонны и клиновое бурение. К первой разновидности работ относится и строительство скважин с выводом нецементированной колонны с созданием полноразмерного основного ствола.
Классическим решением считается вырезание участка нефтяной колонны, т.е. участка с нужной протяженностью, благодаря чему становится возможным устранить магнитометрические датчики телеметрического оборудования, используемого для регулировки стволовой траектории, от магнитной массы. Метод подразумевает существенные потери времени:
Шанс, что вырезание участка пройдет в течение одного спуска оборудования, крайне мал, и потребуется регулярная смена устройства для вырезания.
Технология требует монтажа дополнительного мостового элемента, на котором производится наращивание основного цементного моста в дальнейшем.
Процедура наработки желоба и бурения ствола длится довольно долго, поскольку применяются инструменты с небольшим диаметром.
Возможно появление такой проблемы бурения боковых стволов скважин, как затрудненность прохождения долота при большом зенитном угле: работа трубореза способствует сильному износу и повышает опасность поломки.
Поскольку большая часть современных скважин имеет наклонную конструкцию, а точка зарезки определяется на криволинейном отрезке, азимут можно вычислить заранее. По этой причине нецелесообразно вырезание большого куска колонны, поскольку длина должна быть такой, чтобы обеспечить выход бурильной колонны. Таким образом, протяженность вырезанного куска варьируется в пределах 6-10 метров, и точный показатель зависит от диаметра трубы и ряда проектных факторов.
Технология зарезки боковых стволов скважин (рис.1) является одним из самых продуктивных методов, который позволяет повысить добычу нефтепродуктов на залежах с давней историей разработки и продолжить эксплуатацию скважин, не поддающихся восстановлению иными способами. Создание боковых стволов позволяет вовлечь в добычу не задействованные слои и участки, обеспечивает доступ к трудным локальным скоплениям полезных ископаемых, которые нельзя достать путем вертикального бурения.
Важным достоинством, которым обладает технология зарезки, является увеличение нефтеотдачи, поэтому способ можно применять вместо уплотнения. Использование таких работ позволяет сэкономить на освоении месторождения.
Сама технология зарезки боковых стволов скважин подразумевает применение разных способов работы: это может быть вырезание части колонны, клиновое бурение с отклонением. Стоит отметить, что использование боковых стволов одинаково эффективно для всех известных видов месторождений, при этом себестоимость добытых продуктов будет ниже, и окупаемость строительства осуществляется в течение 2 лет или быстрее.
Чтобы увеличить протяженность ствола, можно использовать скважины с несколькими горизонтальными отклонениями