Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом

Буровые установки (БУ) с регулируемым приводом блочно-модульного исполнения с наклонной вышкой и реечным механизмом передвижения силового вертлюга предназначены для бурения наклонно направленных, горизонтальных и горизонтально разветвленных скважин, начиная с поверхности земли, под любым углом от 45 до 90° с допустимой нагрузкой на крюке 100-125 тс.

Основным преимуществом этих БУ является возможность работ на экстремально неглубоких пластах, поскольку установка использует для бурения не столько земное тяготение, сколько зубчато-реечную тягу, что дает уникальную возможность её использования при разведке и добыче углеводородного сырья, в том числе:

  • добыча метана из угольных пластов;

  • добыча тяжелых нефтей и битумов;

  • добыча прочих ресурсов углеводородного сырья (сланцевый газ, нефтяные пески);

  • строительство геолого-разведочных скважин на нефть (в том числе тяжелые нефти и битумы), газ (в том числе угольный метан);

  • капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин глубиной до 3000м.

Мобильные наклонные буровые установки с реечным приводом наилучшим образом могут решить проблему строительства с дневной поверхности вертикальных, горизонтальных, наклонно направленных дегазационных и водопонижающих скважин, а также вертикальных и наклонно направленных скважин, в том числе большого диаметра, в Кузбассе.

В ОАО "ВНИИОЭНГ", в лаборатории "Проектирование нефтяных и газовых скважин" разработаны основные технико-технологические решения для строительства горизонтальных, горизонтально-разветвленных скважин с дневной поверхности для снижения содержания взрывоопасных газов в шахте, угольных пластах и выработанном пространстве до установленных допустимых норм, предотвращения внезапных выбросов газа метана для шахты им. С.М. Кирова (Кузбасс) с применением буровой установки МНБУ-100/125. Строительство горизонтальных скважин обеспечит более эффективную дегазацию пласта за счет вскрытия поверхности пласта протяженностью до 2000м.

Следует отметить, что до настоящего времени для дегазации пласта использовали вертикальные скважины, пробуриваемые с дневной поверхности. Для строительства горизонтальных скважин с дневной поверхности с применением МНБУ-100/125 был разработан ряд вариантов конструкций и профилей скважин применительно к конкретным горно-геологическим и технико-технологическим условиям бурения скважины. Типовой, рациональный профиль и конструкция горизонтальной скважины с глубиной залегания угольного пласта 400 м и углом падения пласта 7° имеют следующие параметры:

  • на интервале от устья до глубины 255 м по стволу (180 м по вертикали) зенитный угол скважины равен 45°, что соответствует углу наклона мачты БУ. На эту глубину спускается кондуктор диаметром 426 мм и цементируется до устья;

  • на интервале ствола от 255 до 467 м (от 180 до 330 м по вертикали) зенитный угол скважины остается постоянным, равным 45°. На эту глубину спускается техническая колонна диаметром 324 мм, цементируется до устья. На устье скважины устанавливается превентор — противовыбросовое оборудование;

  • на интервале ствола от 467 до 630 м зенитный угол скважины увеличивается с 45 до 83° с радиусом искривления, равным 245,33 мм (интенсивность искривления — 2,33° на 10 м длины ствола). На глубину 630 м, что соответствует глубине по вертикали 400 м, спускается эксплуатационная колонна диаметром 245 мм.

Для дальнейшего бурения скважины разработаны следующие схемы:

  • бурение основного ствола (для извлечения газа), проложенного параллельно угольному пласту на расчетном расстоянии от кровли, с последующим бурением ряда боковых ответвлений для пересечения пласта по всей его толщине; либо спуск перфорированной обсадной колонны диаметром 178 мм (168 мм) с последующим гидроразрывом угольного пласта;

  • бурение основного ствола (для извлечения газа) внутри угольного пласта по траектории, близкой к синусоиде, с таким расчетом, чтобы точки экстремума достигали кровли и подошвы пласта. Средняя длина полуволны кривой составляет 80—90м;

  • бурение ствола скважины для последующего сбора пластовой воды со спуском перфорированной обсадной колонны диаметром 178 мм (168 мм). Ствол скважины прокладывается параллельно угольному пласту на максимально-возможном близком расстоянии от подошвы пласта.

Основной диаметр долота для бурения горизонтального ствола — 215,9 мм (возможно применение долота диаметром 190 мм, тогда спускаемая колонна будет иметь диаметры 146, 140, 127 мм). В качестве обсадных труб в пределах горизонтального ствола скважины используются алюминиевые перфорированные трубы, спускаемые в виде хвостовика, для возможного извлечения их из скважины или разбуривания после выполнения своего назначения.

В скважину для откачки пластовой воды на глубину, близкую к забою, спускается погружной центробежный электронасос. В скважинах для дегазации угольного пласта для отсоса метана спускается а глубину, близкую к башмаку эксплуатационной колонны диаметром 245 мм, вакуум-насос.

Для описанного выше варианта конструкции и профиля скважины, по расчетным данным, представляется возможность с использованием МНБУ-100/125 пробурить скважину с длиной горизонтального ствола до 2500 м при общей глубине скважины 3100—3200 м. Технические возможности БУ, оснащенной современной навигационной аппаратурой (телесистемой), стабилизирующими и отклоняющими устройствами, позволяют строго по заданному азимуту обеспечить достижение проектного отклонения забоя скважины от вертикали и длину горизонтального ствола. Наличие в комплексе БУ оборудования для приготовления, хранения и очистки бурового раствора вместе с буровыми насосами, рассчитанными на рабочее давление до 100 бар (кгс/см2)  при подаче до 3000 л/мин (50 л/с), обеспечивает необходимую очистку горизонтального ствола от шлама, высокую скорость бурения, предупреждение загрязнения окружающей природной среды.

С применением МНБУ-100/125 представится возможность пробурить разветвленную скважину для извлечения метана одновременно с 2 угольных пластов, расположенных на некотором расстоянии по вертикали друг от друга. Для откачки пластовой воды, в зависимости от объема поступающей жидкости, предусматривается бурение специальной скважины, ствол которой в расчетной точке соединится с угольным пластом с установлением гидравлической связи между стволами. Погружной электроцентробежный насос устанавливается в этой специальной скважине.

Применение МНБУ-100/125 обеспечит большой экономический эффект за счет обеспечения высокого качества и скорости строительства горизонтальных скважин.

С.А. Оганов (профессор)
Э.Э. Байсаров (канд. техн. наук)
С.Х. Лабазанов (науч. сотрудник)
ОАО "ВНИИОЭНГ"

Наука и Техника