Виды кустового бурения скважин, преимущества и недостатки

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие нефтегазовой отрасли требует внедрения инновационных технологий и методов, обеспечивающих повышение эффективности добычи углеводородов при минимизации экологического воздействия и затрат. Одним из таких методов является кустовое бурение скважин, (рис.1) которое нашло широкое применение благодаря своей универсальности и возможности рационального использования территории месторождения.
Кустовое бурение представляет собой способ размещения нескольких скважин на ограниченной территории — так называемом кусте (рис.1). Такой подход позволяет уменьшить площадь, занимаемую буровыми площадками, снизить расходы на строительство инфраструктуры, а также оптимизировать процесс эксплуатации месторождения. Однако, несмотря на очевидные преимущества, данный метод имеет и определенные недостатки, которые требуют анализа и учета при проектировании и реализации буровых работ.
Рис.1. Визуальное изображение кустовой бурении
Целью данной дипломной работы является изучение различных видов кустового бурения скважин, их особенностей, а также оценка преимуществ и недостатков данного подхода с учетом специфики современных условий разработки месторождений. В рамках работы будут рассмотрены теоретические аспекты кустового бурения, проведен сравнительный анализ технологий, а также изучены практические примеры их применения.
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения эффективности освоения месторождений в условиях увеличивающейся сложности геологических объектов, ужесточения экологических норм и стремления к минимизации затрат на добычу углеводородов. Проведенное исследование позволит выявить оптимальные решения для внедрения кустового бурения в различных условиях, а также определить направления для дальнейших научных разработок в данной области [11].
Рис.2. Схема кустового бурения скважин
Как видно на схематическом изображении, этот тип бурения эффективен во многих сторонах. Этот метод в основном используется при разработке месторождений нефти и газа. Его также используют для добычи урана во многих странах мира (рис.2).
При расположении кустов вдоль транспортной магистрали число скважин в кусте уменьшается по сравнению с одним локальным кустом.
В зависимости от выбранного варианта расположения устьев в кусте объем подготовительных, строительно-монтажных и демонтажных работ может изменяться в самых широких пределах.
Кроме того, от выбранного варианта расположения устьев в кусте зависят размеры отчуждаемой территории, что очень важно для обжитых районов.
Характер расположения устьев скважин на кустовой площадке играет большую роль и при эксплуатации скважин.
При бурении скважин на кустовой площадке число одновременно действующих буровых установок может быть различным.
Опыт кустового бурения показывает, что этот метод дает возможность значительно сократить СМР (строительно-монтажные работы), уменьшить объем строительства дорог, водоводов, линий электропередачи и связи, упростить обслуживание эксплуатируемых скважин и сократить объем перевозок.
Существуют условия, при которых возникает необходимость использования метода кустового бурения:
— бурение месторождений, залегающих под застроенными участками;
— бурение месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, а также в других случаях окружения сложными для бурения геологическими объектами;
— при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад;
— во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты;
— разбуривание многопластовых залежей;
— бурение в зимний период, когда наблюдается большой снежный покров, или весной во время паводков.
В настоящее время кусты скважин становятся крупными промышленными центрами с базами МТС (механизированная технологическая станция), вспомогательными цехами и т. д.
В целом кустовой способ бурения сокращает затраты на обустройство промысла, упрощает автоматизацию процессов добычи и обслуживания, а также способствует охране окружающей среды при освоении нефтяных и газовых месторождений [20].
В этом случае можно полнее осуществлять сбор всех продуктов отхода бурения и уменьшать вероятность понижения уровня грунтовых вод на огромных территориях, которое может возникнуть вследствие нарушения целостности водоносных горизонтов.

1.Виды кустового бурения скважин (теоретический обзор).
Кустовое бурение скважин представляет собой метод организации буровых работ, при котором несколько скважин бурится с одной общей буровой установки. Это позволяет значительно снизить затраты на строительство буровых установок и сократить затраты нефтяных и газовых месторождений. В свою очередь, кустовая бурения делится на несколько типов. Все виды имеют свои особенности.
1.1. Вертикальное кустовое бурение.
Рис.3. 3д модел вертикального кустового бурения
Вертикальное кустовое бурение является одним из наиболее традиционных и широко применяемых видов кустового бурения. Данный метод предусматривает строительство нескольких скважин с одной площадки, при этом все скважины имеют строго вертикальную траекторию (рис.3). Такая конфигурация обеспечивает удобство эксплуатации и упрощает процесс бурения в геологически стабильных условиях.
Основной принцип вертикального кустового бурения заключается в расположении устьев скважин на относительно небольшой площади. Это позволяет минимизировать затраты на обустройство инфраструктуры, сократить объем работ по подготовке площадки и уменьшить воздействие на окружающую среду [4].
1.2.Косое кустовое бурение.
Рис.4. 3д модел косого кустового бурения
Косое кустовое бурение (или наклонное кустовое бурение) - это метод бурения скважин, при котором скважина бурится под определённым углом к вертикали. Этот метод используется, когда необходимо достичь залежей или пластов, которые находятся на значительной глубине под землей или под водой.
Основные цели косого кустового бурения включают:
1) Доступ к сложным залежам: Некоторые залежи находятся на большой глубине или находятся под препятствиями, такими как реки или горные массивы. Косое бурение позволяет обходить такие препятствия и достигать необходимой цели.
Рис.5. 3д модел косого кустового бурения
2)Увеличение добычи: Косое бурение может быть использовано для максимизации добычи нефти, газа или других полезных ископаемых из залежей, которые были бы недоступны при вертикальном бурении [15].

3)Экономическая эффективность: в некоторых случаях косое бурение может быть экономически более выгодным, чем вертикальное, особенно если это позволяет сэкономить на общих затратах на разработку месторождения.
Для выполнения косого кустового бурения используются специализированные буровые установки и оборудование, которые позволяют контролировать угол наклона и направление скважины [20].
1.3. Горизонтальное кустовое бурение .
Рис.6. 3д модел горизонтального кустового бурения
Горизонтальное кустовое бурение – это технология бурения, при которой несколько скважин, исходящих из одной буровой площадки, проходят вертикальный участок, а затем поворачиваются на горизонтальный, чтобы увеличить зону охвата продуктивного пласта (рис.5). Этот метод используется для оптимального извлечения углеводородов и других ресурсов с минимальным воздействием на поверхность.
Основные характеристики:
1.Технология бурения:
Сначала бурится вертикальная или наклонная часть скважины.
Затем на определенной глубине происходит поворот в горизонтальное положение.
Длина горизонтального участка может составлять несколько километров.
2.Цели применения:
Увеличение зоны контакта скважины с пластом.
Рис.7. 3д модел горизонтального кустового бурения
Повышение эффективности добычи из тонких или протяженных продуктивных пластов.
Добыча из сложных или сильно вытянутых залежей [11].
3.Преимущества:
Экономия места: позволяет бурить несколько скважин с одной площадки.
Снижение экологического воздействия: уменьшается площадь отвода земли.
Рост продуктивности: за счет большей площади контакта с продуктивным пластом [15].
4.Оборудование и технологии:
Система наклонно-направленного бурения (MWD/LWD): используется для точного контроля траектории.
Роторные управляемые системы (RSS): обеспечивают плавный переход от вертикального бурения к горизонтальному.
Применение буровых растворов с заданными параметрами для поддержания стабильности скважины.
5.Области применения:
Добыча нефти и газа.
Геотермальные установки.
Горнодобывающая промышленность для разведки и добычи полезных ископаемых.
6.Экологические и экономические аспекты:
Снижение необходимости в дополнительных буровых установках.
Уменьшение количества отходов бурения.
Оптимизация расходов на инфраструктуру.
1.4.Многофазное кустовое бурение.
Рис.8. 3д модел многофазного кустового бурения
Многофазное кустовое бурение — это передовая технология, используемая в нефтегазовой промышленности для оптимизации разработки месторождений с учетом сложной структуры пластов и различных фаз добываемых продуктов (нефть, газ, вода). Этот метод позволяет эффективно разрабатывать многослойные и многокомпонентные залежи, используя одну буровую площадку.
Основные особенности:
1.Что такое многофазное бурение?
Это технология, при которой из одной буровой площадки (куста) бурятся скважины, обеспечивающие доступ к залежам разных фаз добычи (нефть, газ, вода). Каждая скважина может быть предназначена для извлечения одного или нескольких продуктов.
2.Структура скважин:
Вертикальные участки: используются для достижения основной глубины.
Горизонтальные или наклонные участки: увеличивают площадь контакта с продуктивными пластами.
Многоствольные скважины: обеспечивают доступ к нескольким зонам из одной основной скважины.
3.Цели применения:
Извлечение углеводородов из нескольких залежей с различными физическими характеристиками.
Раздельное извлечение нефти, газа и воды.
Управление пластовым давлением и обеспечение более стабильного добывающего процесса.
Преимущества многофазного кустового бурения:
1.Экономическая эффективность:
Снижение затрат на строительство инфраструктуры.
Уменьшение площади буровых площадок.
2.Технологическая гибкость:
Возможность бурения под различными углами и траекториями.
Доступ к сложным и глубоким залежам.
3.Экологические выгоды:
Минимизация воздействия на окружающую среду.
Сокращение количества буровых площадок.
4.Повышение продуктивности:
Увеличение коэффициента извлечения углеводородов.
Раздельное управление потоками добываемых продуктов.