Горизонтальная скважина

Горизонтальные скважины представляют собой значительный прогресс в технологии бурения, позволяя нефтегазовым компаниям получать доступ к запасам так, как традиционные вертикальные скважины не могут. Они особенно эффективны при увеличении добычи из нетрадиционных коллекторов, таких как сланцевые формации, которые обычно характеризуются обширной латеральной непрерывностью, но ограниченной вертикальной проницаемостью. Эволюция горизонтального бурения в сочетании с гидроразрывом пласта стала ключевым фактором бума добычи сланцевого газа и трудноизвлекаемой нефти. В этой статье рассматриваются критические аспекты горизонтальных скважин, начиная от их проектирования и стратегии внедрения и заканчивая эксплуатационными проблемами и экономическими последствиями.

Введение в горизонтальные скважины

Горизонтальное бурение предполагает бурение скважины, которая поворачивается или почти становится горизонтальной на глубине, что позволяет стволу скважины проходить параллельно пласту-коллектору. Этот метод увеличивает площадь контакта с пластом, значительно повышая темпы добычи и эффективность добычи. Горизонтальные скважины имеют решающее значение при вскрытии пластов с низкой проницаемостью, где вертикальные скважины могут оказаться экономически нецелесообразными.

История и эволюция

Концепция горизонтального бурения существует уже несколько десятилетий, но она приобрела значительную популярность в 1980-х и 90-х годах с развитием технологий бурения. Ранее технология была ограничена отсутствием точных рулевых механизмов и невозможностью точно удерживать траекторию ствола скважины. Однако с разработкой инструментов измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD) операторы теперь могут точно перемещаться по буровому долоту, чтобы точно следовать желаемой траектории скважины.

Ключевые компоненты и методы

Буровые инструменты и оборудование

Роторно-управляемые системы (RSS)

Технология RSS произвела революцию в горизонтальном бурении, обеспечив точный контроль направления и наклона бурового долота. Эти системы обеспечивают непрерывное вращение бурильной колонны при управлении стволом скважины, повышая эффективность и точность бурения.

Измерения во время бурения (MWD)

Инструменты MWD собирают в реальном времени данные о положении, наклоне и азимуте ствола скважины во время бурения. Эта информация имеет решающее значение для поддержания желаемой траектории горизонтальных скважин.

Каротаж во время бурения (LWD)

Инструменты LWD собирают данные оценки пласта в режиме реального времени, предлагая понимание пористости, удельного сопротивления и других ключевых параметров коллектора. Эта информация помогает принимать обоснованные решения во время бурения, обеспечивая оптимальное размещение ствола скважины в пласте.

Буровые растворы

Буровые растворы играют решающую роль в горизонтальном бурении, выполняя несколько функций, таких как охлаждение и смазка бурового долота, вынос шлама на поверхность, поддержание стабильности ствола скважины и контроль пластового давления. Выбор правильного бурового раствора имеет решающее значение для обеспечения бесперебойного бурения и минимизации повреждения пласта.

Стабильность ствола скважины

Поддержание устойчивости ствола горизонтальных скважин является сложной задачей из-за большого радиуса действия и различных свойств механики горных пород вдоль ствола скважины. Правильно разработанные буровые растворы, конструкция обсадной колонны и мониторинг в реальном времени имеют важное значение для смягчения проблем нестабильности ствола скважины.

Методы завершения

Заканчивание горизонтальных скважин предполагает установку соответствующей компоновки заканчивания, обеспечивающей эффективную добычу из пласта. Ключевые методы заканчивания включают в себя:

Заканчивание открытого ствола

Включает в себя оставление ствола скважины открытым без обсадной колонны или хвостовиков, обычно используется в однородных пластах, где стабильность пласта не является проблемой.

Заканчивание обсаженных скважин

Включает спуск обсадной колонны и ее цементирование на месте с последующей перфорацией обсадной колонны через выбранные интервалы для установления связи с пластом.

Многостадийный гидроразрыв пласта

Критический метод заканчивания нетрадиционных пластов, включающий разделение ствола скважины на несколько стадий, каждая из которых предназначена для гидроразрыва пласта. Этот метод значительно улучшает контакт с пластом и стимулирует добычу.

Оптимизация добычи

Эффективное управление добычей в горизонтальных скважинах требует тщательного мониторинга и стратегий оптимизации, включая:

Системы механизированной добычи

Различные системы механизированной добычи, такие как электрические погружные насосы (ЭЦН), газлифт и штанговые насосы, используются для поддержания производительности и управления снижающимся пластовым давлением.

Обеспечение потока

Обеспечение бесперебойного потока углеводородов на поверхность включает в себя решение таких проблем, как образование парафина и гидратов, отложение накипи и образование песка, посредством соответствующих химических обработок и методов обеспечения потока.

Управление резервуаром

Использование инструментов моделирования и моделирования пласта для понимания поведения пласта и планирования стратегий добычи, включая размещение скважин, проектирование заканчивания и методы повышения нефтеотдачи.

Экономические и экологические аспекты

Финансовые последствия

Бурение и освоение горизонтальных скважин обычно обходится дороже, чем вертикальных, из-за их сложности и применения передовых технологий. Однако увеличение производительности и эффективности восстановления часто оправдывают более высокие первоначальные затраты.

Воздействие на окружающую среду

Горизонтальное бурение, особенно в сочетании с гидроразрывом пласта, вызвало экологические проблемы, связанные с использованием воды, потенциальным загрязнением и вызванной сейсмичностью. Внедрение передового опыта и соблюдение нормативных требований имеет решающее значение для смягчения такого воздействия на окружающую среду.

Нормативная база

Операторам приходится ориентироваться в сложной нормативной среде, включая разрешения, правила защиты окружающей среды и политику землепользования, чтобы обеспечить соблюдение требований и эффективно управлять операционными рисками.

Практические примеры

Разработка сланцевого газа в США

Сланец Барнетт и сланец Марцеллус являются яркими примерами того, как горизонтальное бурение позволило открыть огромные запасы природного газа, изменив энергетический ландшафт США.

Морские горизонтальные скважины

Горизонтальные скважины успешно применяются на морских месторождениях, таких как месторождение Тролль в Северном море, демонстрируя свою универсальность при доступе к сложным глубоководным резервуарам.

Проекты повышения нефтеотдачи пластов (EOR)

Горизонтальные скважины все чаще используются в проектах повышения нефтеотдачи, таких как закачка CO2 и парогравитационный дренаж (SAGD), чтобы максимизировать добычу на зрелых месторождениях.

Будущие тенденции и инновации

Передовые технологии бурения

Ожидается, что дальнейшее развитие технологий бурения, таких как автоматизированные системы бурения и усовершенствованные управляемые инструменты, повысит эффективность и точность бурения горизонтальных скважин.

Цифровые подходы и подходы, основанные на данных

Интеграция цифровых технологий, анализа больших данных и искусственного интеллекта (ИИ) в операции бурения прокладывает путь к более разумным, эффективным и экономически выгодным операциям с горизонтальными скважинами.

Экологическая устойчивость

Инновации в области управления водными ресурсами, экологически чистых жидкостей для гидроразрыва, а также улавливания и хранения углерода (CCS) разрабатываются для решения экологических проблем и продвижения устойчивых методов бурения.

Заключение

Горизонтальные скважины стали краеугольным камнем современной разведки и добычи нефти и газа, обеспечивая доступ к ранее неиспользованным запасам и повышая нефтеотдачу из сложных коллекторов. Поскольку технологии продолжают развиваться, горизонтальное бурение будет играть еще более важную роль в удовлетворении мировых энергетических потребностей, одновременно решая экономические и экологические проблемы.