На правах рукописи ХАРЛАМОВ АНТОН КОНСТАНТИНОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КУСТОВ

1
На правах рукописи
ХАРЛАМОВ АНТОН КОНСТАНТИНОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КУСТОВ
И ПРОФИЛЕЙ СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СО СЛОЖНЫМИ
СХЕМАМИ РАЗРАБОТКИ
Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин
Автореферат диссертации на соискание
ученой степени кандидата технических наук
Тюмень - 2007
2
Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности» (ОАО «СибНИИНП»)
Научный руководитель
- доктор технических наук, профессор
Бастриков Сергей Николаевич
Официальные оппоненты:
- доктор технических наук, профессор
Кулябин Геннадий Андреевич
- кандидат технических наук
Штоль Владимир Филиппович
Ведущая организация: Научно-производственное объединение «Буровая
техника» - Всероссийский научно-исследовательский институт буровой техники (НПО «Буровая
техника» - ВНИИБТ)
Защита состоится 26 апреля 2007 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при Государственном учреждении высшего и
профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый
университет» (ТюмГНГУ) по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном
центре ТюмГНГУ, по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72, кааб. 32..
Автореферат разослан 26 марта 2007 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук, профессор
В.П.Овчинников
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В сложных горно-геологических и природноклиматических условиях Западно-Сибирского региона основой разработки месторождений является кустовой способ их разбуривания наклонно направленными скважинами (ННС), с 90-х годов - горизонтальными скважинами (ГС).
Для повышения эффективности разработки месторождений Западной Сибири и
увеличения извлекаемых запасов нефти большие перспективы имеет система
многоствольного бурения скважин (МСС).
С расположением большой доли месторождений на природоохранных территориях возникла необходимость в разработке новых требований к проектированию схем размещения кустовых оснований (схем кустовая), профилей
скважин со сложными траекториями, внедрении современных технологий бурения.
Усложнений структуры запасов нефти и газа, вовлечение в разработку месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, ужесточение природоохранного
законодательства повлекло за собой создание новых, сложных систем разработки с применением горизонтальных, горизонтально-разветвленных и многоствольных скважин, что в свою очередь, сделало проблему реализации таких
систем весьма актуальной.
Цель работы
Повышение эффективности кустового метода разбуривания месторождений путем совершенствования научных основ и методов определение местоположения кустовых площадок и устьев скважин на них и проектирование профилей оси скважины на разных этапах разработки месторождений.
Основные задачи исследований
1 Анализ и обобщение современного состояния проектирования схем разбуривания месторождений.
2 Формирование основных принципов проектирования схем разбуривания
месторождений для сложных систем разработки.
4
3 Разработка научного и практически обоснованного метода проектирования схем размещения кустовых площадок и устьев скважин на них.
4 Создание методического и программного обеспечения для проектирования вариантов рационального размещения кустовых площадок и устьев скважин на нефтяных и газовых месторождениях, с профилированием оси скважин,
отвечающего требованиям промышленной и экологической безопасности строительства, при снижении затрат на их сооружение.
Научная новизна
1. Сформулированы и обоснованы требования к проектированию бурения
скважин в соответствии с выбранными вариантами системы разработки месторождения.
2. Разработана методология проектирования схем размещения кустовых
площадок на основе формирования допустимых областей на территории месторождения, с учетом технико-технологических ограничений (ТТО) на строительство наклонно-направленных (ННС), горизонтальных (ГС), многоствольных скважин (МСС), боковых стволов (БС), боковых горизонтальных стволов
(БГС).
3. Определены критерии рационального размещения кустовых площадок
на месторождении, (в т.ч. с учетом геоморфологических, гидрологических особенностей месторождения и существующей техногенной нагрузки), формирования количества скважин (КС), очередности их бурения с фиксированного основания.
4. Предложено развитие теории и практики применения кустового способа
бурения на основе проектирования траекторий оси скважин.
5. Разработаны методики профилирования фонда скважин, расчета профилей и оперативного их изменения.
Практическая ценность работы
1. Разработанное методическое обеспечение автоматизированного проектирования бурения скважин кустовым методом на кустовых площадках месторождений со
сложными системами разработки позволяет решать технико-
5
технологические
и
экономические
задачи
проектирования
наклонно-
направленных, горизонтальных и многоствольных скважин, как на стадии составления технологических схем, так и в процессе их реализации.
2. Метод с автоматизированным составлением схем разбуривания месторождений с оперативным изменением профилей группы скважин повышает качество разработки месторождений независимо от типа применяемых профилей
и реализуемости принятых решений.
3. Проектирование профилей основного фонда скважин на стадии топологического формирования схем кустов, с учетом технико-технологических ограничений и затрат на их строительство, позволил оценить планы бурения скважин кустов и снизить вероятность корректировок их профилей, включая в необходимых случаях альтернативную замену.
4. Программное обеспечение успешно реализовано в ОАО «Сургутнефтегаз» при проектировании схем разбуривания Талаканского месторождения в
Республике Саха (Якутия) и Рогожниковского месторождения в ХантыМансийском автономном округе.
Апробация результатов исследований
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции молодых ученых и
специалистов "Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири", (Тюмень, 2004 г.); научно-технических заседаниях секции «Бурение скважин» ученого совета ОАО «СибНИИНП», (Тюмень, 2005-2006 гг.).
Публикации
По теме диссертации автором опубликовано 4 работы.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных
выводов и рекомендаций. Изложена на 138 страницах машинописного текста, в
том числе 40 рисунков, 12 таблиц, 3 приложения, содержит список использованных источников из 70 наименований.
6
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении описана актуальность проблемы, цели исследования, пути
решения поставленных задач.
В первом разделе приведен анализ научных основ и технологий проектирования профилей для бурения скважин с оснований на нефтегазовых месторождениях. Решению проблем повышения эффективности кустового разбуривания месторождений, планированию скважин куста, проектированию их профилей и оперативному управлению траекторий скважин, производства буровых
работ посвящены труды ученых: М.П.Гулизаде, Л.Я.Сушона, Э.А. Ахпателова,
С.Н.Бастрикова, П.В.Емельянова, С.А.Оганова, А.Т. Кошелева и других.
Проектирование бурения скважин на месторождении включает решение
следующих основных задач: определение местоположения оснований, включая
НДС – направление движения бурового станка, определение КС, бурящихся с
каждого основания, выбор расстояний между устьями скважин, определение
очередности бурения скважин куста, проектирование траекторий оси скважин.
Перечисленные задачи с частными решениями поставлены давно с соответствующими требованиями существовавшего уровня техники и технологии добычи нефти и газа. Проектирование бурения скважин и дальнейшая их эксплуатация проходит ряд уровней составления документации по схеме представленной на рисунке 1, при этом проектирование разбуривания месторождений ННС
осуществлялось по ранее выбранной системе разработки.
Критериями при формировании КС, бурящихся с фиксированного основания, являлись: соблюдение ограничений по максимально-допустимым отклонениям забоев от вертикали и количеству устьев на площадке; при поиске местоположения кустового основания - стоимость затрат на его сооружение, с учетом
орографии, гидрографии и топографии местности.
При сложных системах разработки месторождений по схеме рисунка 1
оказываются не реализованными рекомендации п.2 рисунок 1 схемы и системы
разработки в целом из-за технико-технологических особенностей (ТТО) строительства скважин, в т.ч. качество их проводки, в связи с этим возникла необхо-
7
димость постановки задач по разработке нового способа и совершенствование
проектирования размещения кустовых площадок и устьев скважин.
1.Технологическая
схема (проект) разработки месторождений
3.Групповой технический проект на строительство скважин
5.Проектный профиль скважины
2.Генеральная схема
обустройства месторождения (схема
скважин)
4.Планы бурения
скважин куста
6.Оперативное управление траекторией ствола
скважины в процессе
бурения
Рисунок 1 - Уровни проектирования бурения скважин
Второй раздел содержит результаты исследований и разработку основных
методов проектирования схем разбуривания месторождений со сложными технологическими схемами разработки.
Так предложенный новый подход к проектированию бурения заключается:
в принятии ТТО строительства скважин определяющими, а не ограничивающими множество решений; в единстве проектирования схем разбуривания месторождений при выборе системы разработки.
ТТО формируются на основе действующих регламентирующих документов, возможностях существующих техники и технологии бурения, с одновременными аналитическими исследованиями в соответствии с разными стадиями
проектирования схем разбуривания месторождений, от выбора системы разработки месторождения до оперативного управления траекторией бурящейся
скважины. ТТО включают: размещение кустовой площадки (КП), формирование КС куста, поиск оптимального НДС, расстановку устьев скважин на кусто-
8
вом основании, очередность бурения скважин куста и профилирование траекторий оси скважин.
Основными ТТО при проектировании трасс скважин служат: максимальные интенсивности искривления интервалов траекторий оси скважин, максимальные и минимальные (для скважин с ГУ) отклонения забоев от вертикали;
максимальная протяженность скважин; вид траектории скважины в пласте. Эти
требования возникают из-за необходимости: прогнозирования возможности
строительства скважин с применением имеющегося оборудования и созданием
достаточной нагрузки на долото при бурении; обеспечения проходимости обсадных колонн и бурильного инструмента в скважине со снижением вероятности их пересечения, с ранее пробуренными скважинами.
При индивидуальном проектировании профиля скважины традиционная
прямая задача (рисунок 2) заключается в построении предпочтительной или оптимальной (Lопт) траектории, соединяющей заданные устье (ui) i-ой скважины и
точку забоя – цель (zi) в рамках ТТО (B3 -множество правил bi, действующих в
трехмерном пространстве), т.е. необходимо выполнить условие
Обратное
проектирование
ТТО = B3(b1, b2, …bi, bk).
(1)
2630 м
Множество
возможных
траекторий
Прямое
проектирование
0м
(D2)
Область возможного размещения
устья ГС
Множество
возможных
траекторий
-2630 м
Рисунок 2 - Схема прямого и обратного проектирования скважин с ГУ
9
Предпочтительная траектория Liопт для рассматриваемой i-ой скважины
принадлежит множеству допустимых линий (L3), определяемых ТТО – множеством B3:
B3→ L3 Э Liопт(ui , zi).
(2)
При поиске местоположения оснований необходимо решение обратной задачи: для заданных координат цели (zi) и ТТО (B3) определить область (Di2) возможного положения устья (ui). Решение осуществляется отображением пространственных ТТО (В3) в плоскостную фигуру (D2). т.е. с выполнением условия:
B3→ L3, D2 = D2(zi, L3)  ui.
(3)
Пересечение сформированных таким образом областей для забоев скважин
приводит к существованию допустимой области (ДО) на поверхности месторождения, размещение в которой КП, позволяет корректное проектирование
траектории профилей оси скважин этого фонда (рисунок 3).
Текущий забой zi Є Z
Множество забоев (1,3,6,4) Є
D1 возможных к разбуриванию
из допустимой области забоя z1
Ď1 = z1∩z3∩z6∩z4
Ď1
Допустимая область Di размещения КП (устьев скважин) для текщего забоя zi
(скважина 7)
Ď2
z - множество забоев
z = {z1,z2,z3,z4,z5,z6,z7}
Ď2=Dz1∩Dz5∩Dz7∩Dz4
{ z2, z5, z7, z4 } Є Ď2
{ Z1, Z3, Z6, Z4 } Є Ď1
Ď1 ∩ Ď2 ≠ Ө
Ď1 ∩ Ď2 = z4
Рисунок 3 - Фрагмент поиска местоположений КП и КС
10
При значительных размерах ДО местоположение КП может назначаться в
условном центре тяжести фигуры ДО. В случае, если для рассчитанного положения устья невозможно разместить КП проводка скважин будет планироваться с нарушением ограничений и, следовательно, с усилением риска осложнений; требуется пересмотр типа скважины или замена ее на альтернативный вариант; в отдельных случаях возможен отказ от бурения или изменение координат забоев скважин.
Метод проектирования расположения кустов на месторождении, включающий определение местоположения КП КС, предпочтительного размещения
количества устьев скважин на КП, который основан на выделении допустимых
областей в плоскости, при размещении в которых КП, профилирование направления оси скважин возможно осуществлять в соответствии с проведенными исследованиями и сформированными ТТО.
Для забоев (zi) ННС (рисунок 3) возможные местоположения устьев (Di2)
определяются кругом (О) с максимально допустимым радиусом (R), при проектируемой технологии строительства скважин или достаточным (R) с учетом
числа скважин, возможных для бурения с КП, при заданной сетке размещения
забоев (n). В общем случае
 zi  Di2 Э ui, при Liопт Є L  B3 , i=1,..,n.
(4)
Если Liопт – траектория ННС, то
Di2 ≡О(R, zi).
(5)
При фиксированном положении КП область допустимого размещения забоев скважин, разбуриваемых с КП, также определяется кругом Di2 ≡О(R, ui).
Максимальный отход забоя скважины (допустимый или достаточный) от
проекции устья на кровлю пласта является пространственным ограничением в
(3D), его аналог в плоскости (2D) – расстояние от устья до проекции забоя на
горизонтальную плоскость (местность). Это единственное условие для пара-
11
метров профиля, используемое при проектировании схем разбуривания месторождений с ННС, распространяется и на скважины с более сложным типом траектории ее оси.
C/Ю
∆i
Аi
КП3
КП2
З/В
КП1
Фиксированный ГУ
КП - местоположение КП
∆i - угол смены направлений
А i - отход i скважины
КП1 - смена направления больше 90град.
КП2 - смена направления 90 град.
КП3 - смена направления меньше 90 град.
При разработке месторождений ГС и МСС с ГУ
каждый вариант размещения устья с координатами
ui на КП и забоя zi характеризуется: отходом (Аi);
изменением направлений
от устья ∆i – на начало
ГУ (на точку входа в
кровлю пласта) и линий
ГУ (рисунок 4), т.е.  ui
 Аi, ∆i, что отражается
на величине максимальной пространственной интенсивности, с которой
может быть выполнено
профилирование траектории скважины.
Этим обосновывается необходимость и возможность
представления
на плоскости ТТО на проРисунок 4 - Варианты размещения КП с изменением направления на точку входа в ГУ
странственное
искривле-
ние оси скважин. Для
оценки возможного профилирования оси скважин в рамках ТТО без индивидуального проектирования значительного фонда скважин с вероятным размещением КП, предложена экспресс – оценка, основанная на проецировании на
плоскость ТТО.
На основе построения ДО для каждого забоя скважин осуществляется
проектирование схем кустования (рисунок 5).
12
Рисунок 5 - Основные этапы проектирования схем
В зависимости от степени риска реализации проектной траектории оси
скважин, профили могут быть определены как: проблемные с повышенным
риском исполнения (с малым отходом, с большим азимутальным искривлением, ведущим к повышенным значениям пространственной интенсивности оси
скважин, с большим отходом и длиной по оси скважины); традиционные без
13
ожидаемых осложнений при строительстве скважин, что является одним из показателей варианта размещения КП и назначения скважин к бурению с них.
При формировании схем раскустовки месторождений многообразие вариантов типов скважин (ННС, ГС, МСС, БС, БГС) и взаимного положения их и
КП приводит к необходимости формирования принципов назначения скважин к
бурению с той или иной КП, предпочтительного местоположения КП, ТТО,
осуществляемого на предварительном этапе проектирования. На примере однорядной системы разработки месторождения добывающими ГС и нагнетательными ННС продемонстрированы специфические варианты размещения КП (рисунок 6).
а) две ГС с КП: по одной
б) две или четыре ГС с
в) две ГС с КП из од-
ГС из разных рядов и 3
КП: по две ГС из одного
ного ряда
ННС
ряда (в зависимости от
близости КП к ряду ГС)
Рисунок 6 - Возможные варианты размещения КП для однорядной
системы разработки
В зависимости от выбора варианта размещения КП реализация бурения
может осложняться близостью скважин с вероятным их пересечением, большой
фонд скважин выполняется с малым (рисунок 6-б) или со значительным отходом (рисунок 6-а, в), количество КП может быть уменьшено за счет повышения
14
риска бурения скважин. С целью создания более благоприятных условий бурения скважин в индивидуальном порядке возможна корректировка сетки разработки: изменение местоположения забоев, направлений горизонтальных участков, замена ННС на ГС с небольшим ГУ.
В третьем разделе сформулированы задачи предварительного этапа автоматизированного проектирования и продемонстрировано их решение при проектировании профилей на примере горизонтальных скважин. Приведены практические примеры формирования технико-технологических ограничений по
максимальной протяженности ГУ, типу профиля (прямолинейного, синусоидального) в пласте на основе анализа существующей технологии бурения и моделирования нагрузки на долото по программному комплексу WellPlan «Бурение 2000» фирмы LandMark. На основе анализа применяемых в практике компоновок разработаны рекомендации по их выбору для реализации всего многообразия типов профилей при заданных ТТО.
Основными задачами автоматизированного проектирования бурения на
различных стадиях планирования разработки и строительства скважин на месторождении являются оценка возможности реализации предлагаемых и проектных схем бурения; проектирование рационального положения КП для фиксированного КС; формирование куста скважин при фиксированном положении
КП, предложение альтернативных вариантов типов скважин на отдельных
участках месторождения или в целом (рисунок 7).
В зависимости от решаемых задач выделяются три объекта проектирования:
месторождение, куст, скважина. Исходными данными для кустования скважин
месторождения служат: схема разработки, карта - схема оро- гидро- графии и
топологии местности (растровые или цифровые модели местности), границы
природоохранных зон, очередность разбуривания месторождения и т.п.
Для выбранного объекта «Месторождение» решаются следующие основные задачи.
Задача 1. Проектирование схем устьев скважин на месторождении. При
проектировании мест строительства кустовых площадок за основу принимается
15
ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИЕ
НОВОЕ
В РАЗРАБОТКЕ
ДОБУРИВАНИЕ
Проектирование схем кустования с учетом очередности бурения и характеристики местности
КУСТ
ОПТИМАЛЬНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОГО КУСТА СКВАЖИН
СКВАЖИНА
ФОРМИРОВАНИЕ СОВОКУПНОСТИ СКВАЖИН, БУРЯЩИХСЯ С ФИКСИРОВАННОЙ
КП ОПТИОПРЕДЕЛЕНИЕ
МАЛЬНОГО НДС
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ДО НАЧАЛА СТРОИТЕЛЬСТВА
ОПЕРАТИВНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УПРАВЛЕНИЕ
СХЕМ КУСТОВАНИЯ
Оценка схем кустоваНА СТАДИИ ДОБУРИния на основе возВАНИЯ МЕСТОРОЖОПТИМИЗАЦИЯ РАССТАможности проектироОценка реали- вания траекторий
ДЕНИЯ
НОВКИ УТЬЕВ СКВАЖИН
зации предлага-скважин в рамках
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БУРЯемых схем раз- ТТО
ЩЕГОСЯ КУСТА СКВАЖИН
работки месторождения
Оценка реализации
ВЫБОР ТОЧКИ
предлагаемых схем
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
ВХОДА В ГУ
бурения
ВЫБОР ОСНОВРазработка
НОГО И БС (БГС)
ТТО
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИПредложение альтернаМАЛЬНОЙ ТОЧКИ ЗАтивных вариантов типов
РЕЗКИ БГС
скважин
Оптимальное проектирование МСС
Рисунок 7 - Схема задач автоматизированного проектирования бурения скважин
для различных объектов месторождения
16
вариант, отвечающий требованиям снижения до минимума наносимого вреда
окружающей среде при обустройстве и разбуривании данного месторождения.
Выходными данными являются: координаты КП; совокупность скважин, бурящихся с каждой КП; статистическая и технико-экономическая оценки вариантов схем кустования и ранжирование их по значимости сформированных критериев.
Проектирование расстановки устьев скважин и профилей их оси изначально с учетом технологии строительства скважин и категории местности позволяет избежать корректировок по местоположению и направлению КП создавая
благоприятные условия для реализации проектных траекторий ННС, ГС, МСС
и БС, в т.ч. с горизонтальным окончанием.
Последствиями перемещения КП из-за неучтенных особенностей структуры местности являются:
- превышение максимально-допустимого отхода;
- усиление пространственного искривления;
- увеличение риска реализации технологических решений;
- изменение совокупности скважин, определенных к разбуриванию с фиксированного основания;
- строительство дополнительных КП (в т.ч. для одиночных скважин);
- пересмотр варианта схемы кустования.
Задача 2. Проектирование фонда разбуриваемых с фиксированной КП
скважин. При определенных КП или волевом их назначении местоположения,
формируется совокупность бурящихся с каждой КП скважин.
Задача 3. Проектирование схем кустования на стадии добуривания месторождения. В зависимости от способа добуривания месторождений: скважинами с дополнительных КП или боковыми стволами из скважин пробуренного фонда, осуществляется проектирование местоположения КП или оценка
бурения БС (БГС) из программно выбираемого или назначаемого основной
пробуренной скважины. Особенностью решения этой задачи является оценка
17
близости проектируемых и пробуренных скважин. Для объекта «Куст» выполняются следующие задачи:
Задача 4. Проектирование скважин куста. Для заданного фонда забоев
скважин определяется местоположение КП, НДС и план бурения скважин. Результатом решения могут служить рекомендации по бурению заданного КС с
большего числа КП, изменению ТТО, смены типов отдельных скважин (применение альтернативных вариантов).
Задача 5. Формирование фонда скважин, бурящихся с фиксированной КП.
Задана совокупность скважин куста и местоположение КП. Определяется НДС,
оценивается возможность бурения скважин с установлением очередности их
устьев на основании и проектируются траектории оси скважины.
Задача 6. Определение НДС. Для проектных забоев скважин и координат
местоположения КП осуществляется планирование оптимального НДС.
Задача 7. Выбор расстановки устьев. При заданных координатах КП,
НДС, фонда скважин куста определяется расстановка устьев скважин на КП и
очередность их бурения.
Задача 8. Статистическая оценка куста. Осуществляется оценка плана
бурения скважин предварительно выполненного без применения данного программного обеспечения, рассматриваются альтернативные варианты.
Задача 9. Проектирование скважин разбуриваемого куста. При наличии
пробуренных скважин осуществляется проектирование остальных скважин куста с учетом фактических траекторий построенных скважин и расстановки их
устьев.
Для объекта «Скважина» рассматриваются два ее состояния: проектирование траектории оси до начала ее строительства и оперативное управление траекторией в процессе бурения.
Для скважины, как индивидуального объекта, разработано большое количество программных модулей построения пространственных траекторий и визуализации ННС, ГС и БС, БГС на основе теоретических моделей отечествен-
18
ных и зарубежных ученых, которые могут применяться в разработанном автоматизированном комплексе без ограничений.
Переход от традиционного способа проектирования схем кустования потребовал решения специфических задач: назначения точки входа в горизонтальный участок; выбор основного и боковых стволов; идентификацию объектов- забоев для формирования входной и выходной информации; разработку
условий предпочтительности размещения КП или устьев скважин; предпроектный расчет допустимого или достаточного отклонения скважин от вертикали,
рекомендации по расстановке устьев скважин на КП (рисунок 7).
Для расчета профиля скважины одним из входящих параметров является
интенсивность искривления оси скважины. ТТО регламентируют максимально
допустимые значения такой интенсивности. Необоснованное проектирование
скважин с предельно допустимыми интенсивностями искривления их оси приводит к трудно реализуемому профилю скважин, к искажению параметров
схем. Разбуривая месторождение максимально-допустимая интенсивность в
рамках ТТО используется при оценке возможности бурения скважины с фиксированной КП. При распределении скважин к КП предпочтение отдается тем
скважинам, где возможно осуществление их траектории по типовым ограничениям.
Таким образом, при проектирование профиля индивидуальной скважины в
итерационном режиме осуществляется поиск значений интенсивностей искривления их оси. Поскольку для значительного фонда скважин разнообразны профили оси скважин, следовательно, пространственных интенсивностей траекторий, то с целью сокращения продолжительности расчетов близкие значения интенсивностей (рабочие значения, первое приближение их) возможно получать
из предварительно созданной базы данных основных параметров профилей.
При определении очередности бурения скважин куста, содержащего ГС,
МСС, осуществляется пространственное профилирование оси скважин, при
этом первоочередным является создание оптимальных условий для проводки
МСС, ГС с ориентированным входом в пласт с целью снижения простран-
19
ственного искривления; скважины с высокой степенью искривления проектируются в первую очередь; расстояния между устьями МСС и соседних скважин
выбираются с учетом временных характеристик организации работ на КП и
плановых добывных и эксплуатационных параметров скважин куста.
Четвертый раздел посвящен рассмотрению количественных, качественных, стоимостных и экономических аспектов принятия решения при проектировании схем разбуривания месторождений.
При строительстве скважин кустовым способом основные категории затрат можно разделить на организационные, технические и эксплуатационные.
Техническое оснащение, организационные особенности, эксплуатационные затраты могут быть оценены экспертным путем и включены в стоимость строительства 1м бурения по одной скважине или КС куста при автоматизированном
проектировании.
С этой целью выполнен анализ фактических затрат на обустройство месторождений. Основные параметры схем кустования - количество КП, максимальное и среднее число скважин в кусте, суммарная длина скважин, сложность реализации проекта и другие.
Рассмотрено влияние типа и плотности системы разработки, максимального отхода скважин на выходные параметры схем кустования (таблицы 1, 2).
Таблица 1 - Параметры схем кустования при различных системах разработки месторождений
Система разработки
1
ННС
Типы
скважин: ГС
ННС
Фонд
скважин: ГС
Количество добывающих
скважин
Однорядная
Трёхрядная
линейная
Девятиточечная обратная
Семиточечная обратная
Пятиточечная
2
ГС
72
3
ГС
77
4
ННС
ГС
41
40
5
ННС
80
-
6
ННС
72
-
40
59
65
50
36
20
Продолжение таблицы 1
1
Количество нагнетательных
скважин
для нагнетательПротяжённость ных
ГУ:
для добывающих
Суммарная длина ГУ, м
Количество КП
Среднее количество скважин в
КП
Средний отход, м
Суммарная длина стволов, м
Средняя длина ствола скважины, м
2
3
4
5
6
32
18
16
30
36
300
400
25600
19
300
400
29000
18
400
16000
15
17
15
3,8
600
145722
4,3
500
160068
5,4
440
136438
4,7
490
104166
4,8
500
95502
2024
2079
1684
1302
1326
Таблица 2 - Параметры схем кустования при различных максимальных
отходах
Наименование параметра
Максимальный отход на кровлю
пласта, м
800
900
1000
1100
14
13
10
10
5,4
6
7,2
7,2
8
8
9
11
Кол-во КП
Среднее кол-во скважин в КП
Максимальное кол-во скважин в КП
Количество скважин с отходом близким
45
20
17
18
к максимальному
Количество скважин с отходом близким
17
10
4
4
к минимальному
Средний отход, м
550
620
340
680
Суммарная длина стволов, м
122013 123516 124960 126470
Средняя длина ствола скважины, м
1694
1715
1736
1756
Примечание: размеры участка месторождения – 5000 х 5000 метров; плотность
системы разработки – 36 га/скв; тип скважин – горизонтальные; фонд скважин
– 72; протяжённость ГУ – для нагнетательных 300 м, для добывающих 400 м.
Для однорядной системы разработки Талаканского месторождения горизонтальными скважинами с протяженностью в пласте 600 м выполнены 3 варианта схем кустования (фрагмент одной из них показан на рисунке 8) с учетом
оро- и гидрографии местности, рельефа, тектонических разломов. Одна схема
21
кустования выполнена по принципу привязки скважин в соответствии с рисунком 6-б, число КП - 79 при фонде скважин – 384. Реализация бурения осложнена близостью стволов и высоко-вероятным их пересечением. Большой фонд
скважин выполняется с малым отходом.
Второй вариант схемы кустования выполнен (размещение КП в соответствии с рисунком 6-в) с обеспечением снижения степени пересечения стволов,
но при увеличении количества КП до 93. При замене типа нагнетательных ННС
на ГС с горизонтальным участком в пласте 100-150 м количество КП 82.
Рисунок 8 - Фрагмент автоматизированных проектных схем размещения
КП и КС для Талаканского месторождения
Экономия затрат на обустройство КП при переходе от строительства двух
традиционных скважин на одну МСС заключается в уменьшении протяженности КП на расстояние между устьями ГС. Оценка затрат на обустройство участ-
22
ка КП определенной длины (с учетом объема грунта в зависимости от типа
местности, транспортных расходов на перевозку грунта с учетом сезонности,
типа дорог, близости с карьером) необходима и при определении достаточного
расстояния между устьями скважин, в соответствии с ТТО и сокращения стоимости строительства скважин на КП.
При автоматизированном проектировании схем кустования месторождений, разрабатываемых МСС и БС (БГС) при их профилировании в рамках ТТО
глубина зарезки может быть получена достаточно высоко относительно забоя и
поэтому для принятия решения о профиле МСС необходима оценка экономической целесообразности ее строительства. Таким образом, глубина зарезки и
протяженность БС (БГС) являются важным параметром при автоматизированном выборе для каждого из забоев БС (БГС) к основному стволу.
Методический подход к оценкам минимальной глубины зарезки БС (БГС)
и альтернативности строительства МСС заключается в следующем. Равнозначность по стоимости бурения МСС и двух ГС (один из стволов ГС принят основным для МСС) достигается при условии
хгс  Lгс = Lбгс  хбгс,
(7)
где хгс, хбгс - стоимость бурения 1м ГС и БГС, соответственно;
Lгс, Lбгс - протяженность стволов ГС и БГС, соответственно.
Если экспертная оценка стоимости 1м строительства БГС не превысит
величины
хбгс= хгс  L2гс/ Lбгс,
(8)
то будет целесообразность строительства МСС по критерию затрат на бурение
стволов.
С другой стороны, если длина БГС, являющаяся параметром для принятия варианта выбора типа скважины, не превышает определяемого ниже значе-
23
ния, экономически обоснованным становится вариант МСС (при учете затрат
на строительство стволов)
Lбгс = К  Lгс,
(9)
где К= хгс/хбгс.
Таким образом, коэффициент, равный соотношению стоимостей бурения
основного и бокового стволов, или определяемый экспертным путем (с учетом
затрат на строительство участка КП между устьями соседних скважин) служит
для принятия решения о целесообразности строительства БС (БГС).
Кроме того, в зависимости от соотношения затрат на строительство основного и БС (БГС) стволов, стоимости работ на инженерную подготовку КП,
изменяется выбор типа скважин, что при автоматизированном варианте проектирования схем кустования увеличивает качество проектных решений.
При технико-технологических расчетах в рамках фиксированной системы
разработки при кустовом методе бурения необходимо учитывать невозможность строительства определенной части МСС и, таким образом, альтернативную их замену. В свою очередь, с целью сокращения затрат на обустройство,
необходимо определять достаточное для рентабельности количество БС для заданного фонда скважин.
Таким образом, альтернативное изменение типа профиля скважин является одним из параметров, оптимизирующих проектируемый вариант схем разбуривания месторождений.
При многовариантном характере задачи проектирования схем кустования
месторождений с ГС, МСС, БС, БГС окончательное принятие решения осуществляется проектантом на основе автоматизированных расчетов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1 Разработан принципиально новый подход к проектированию схем разбуривания месторождений в единстве с формированием и выбором системы
24
разработки, заключается в принятии технико-технологических факторов строительства скважин определяющими.
2 Обоснована необходимость проектирования схем разбуривания месторождений на уровне выбора типа скважин и системы разработки для формирования оптимальных условий строительства ННС, ГС и МСС и принятия альтернативных вариантов их типов, как параметров оптимизации при бурении кустовым методом.
3 Разработаны технико-технологические ограничения на проектирование
ГС, МСС, в том числе с ГУ, как элемента системы разработки месторождения.
На основе формализации ТТО и визуализации их на плоскости предложена
экспресс-оценка варианта размещения кустовых площадок и забоев скважин,
бурящихся с них.
4 Разработан метод покрытия карты- схемы разработки месторождения
допустимыми областями для размещения кустовых площадок, бурение скважин
с которых осуществляется в рамках технико- технологических ограничений.
5 Разработаны методика и алгоритм определения очередности бурения
при совместном размещении наклонно-направленных, горизонтальных и многоствольных скважин с одной кустовой площадки.
6 Реализован методический подход к сравнительной оценке вариантов
схем кустования на основе технологических и экономических параметров.
7 Предложен алгоритм проектирования профиля МСС на основе расчета
траекторий основных и боковых стволов, как элементов МСС, с учетом технико-технологических ограничений и стоимостных параметров.
8 Сформулированы технологические основы для решения задач при автоматизированном проектировании схем разбуривания месторождений, со
сложными технологическими схемами разработки, методы их решения таких
задач, а также, функциональные и эксплуатационные характеристики программного комплекса.
25
Основные положения диссертационной работы нашли отражение в следующих печатных работах:
1. Харламов К.Н. Особенности проектирования схем кустования месторождений при многоствольном бурении / К.Н. Харламов, Г.Н. Шешукова, А.К.
Харламов // Вопросы геологии, бурения и разработки нефтяных и газонефтяных месторождений Сургутского региона: Сб. научн. трудов СургутНИПИнефть. - М.: Нефтяной хоз-во, 2003. - Вып.4.- С.225-232.
2. Харламов А.К. Особенности проектирования схем бурения месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами / А.К. Харламов, Г.Н.
Шешукова // Проблемы развития нефтяной промышленности Западной Сибири: Тез. докл. науч.-практич. конф. молодых ученых и специалистов г.Тюмень
17.05.2004. - Тюмень: изд-во ООО "ТюменНИИгипрогаз", 2004. - С. 166-168
3. Бастриков С.Н. Системный подход к проектированию схем разбуривания
месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами / С.Н.
Бастриков, К.Н. Харламов, А.К. Харламов, Г.Н. Шешукова // Нефтяное хозяйство. –2005.- № 5. – С. 55-57.
4. Бастриков С.Н. Экспресс-оценка влияния технико-технологических
ограничений на траекторию стволов скважин / С.Н. Бастриков, К.Н. Харламов,
А.К. Харламов, Г.Н. Шешукова // Нефтяное хозяйство. – 2005.- № 8. – С. 125127.
Соискатель
А.К.Харламов