Горизонтально направленным бурением (ГНБ) называется многоэтапная бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций. Она осуществляется с помощью мобильных буровых установок. Бурение горизонтальных скважин позволяет вести прокладку по криволинейной трассе и корректировать ее направление при появлении препятствий на пути следования бура. Работы контролируются системами радиолокации.
Компания «АКРОС» осуществляет бурение горизонтально направленных скважин, в том числе сложной конфигурации, разрабатывает наземные и морские месторождения, подбирает индивидуальные решения под конкретные геолого-технические условия. При этом обеспечивается полное соответствие разработанному проекту, а при возникновении непредвиденных внешних обстоятельств имеется возможность корректировки трассы прохождения.
Особенности и применение ГНБ
Трасса, по которой прокладываются трубопроводы при горизонтальном бурении, может быть от десятка метров до нескольких километров. Диаметр прокладываемого канала подбирается под размеры труб, находится в диапазоне 63–1200 мм. При работе методом ГНБ воздействие на грунт и окружающую среду минимально. Благодаря своей эффективности бурение различных видов наклонных горизонтальных скважин нашло широкое применение в следующих сферах:
- прокладке подземных инженерных коммуникаций (кабельных линий, водопроводных, канализационных, отопительных труб, трубопроводов для транспортировки нефти, газа, нефтепродуктов);
- устройстве скважин различного назначения (артезианских, геотермальных, применяющихся для очистки загрязненных территорий);
- ремонте и замене подземных инженерных коммуникаций, например для очистки канализационных труб, извлечения из почвы старых трубопроводов и т. п.
Особенно востребовано горизонтальное бурение нефтяных скважин в нефтедобывающей (нефтегазовой) промышленности. Если в исследуемом горизонте имеются сложные участки, которые сложно обойти при вертикальной разработке, используется технология ГНБ. Кроме этого, метод доказал свою эффективность в следующих случаях:
- вскрытие морских и океанических пластов, которые иным способом разработать невозможно или слишком трудно;
- устройство скважины, ведущей от основного ствола к горизонтальному нефтеносному пласту;
- забуривание дополнительных стволов при поиске новых продуктивных нефтяных горизонтов.
Горизонтально направленное бурение используется также для обхода скальных пород, для увеличения производительности скважины, повышения площади дренажа, а также для устранения последствий завалов и аварий.
Преимущества горизонтально направленного бурения
По сравнению со стандартными методами разработки скважин технология ГНБ является экономически наиболее выгодной. Это связано с тем, что при открытом бурении много средств затрачивается на те работы, которые отсутствуют в горизонтально направленной прокладке. Среди других значимых преимуществ следует отметить следующие:
- значительно меньший ущерб окружающей среде по сравнению с открытой разработкой;
- возможность прокладки коммуникаций в труднодоступных местах (рядом с мостами, зданиями, в акваториях и т. д.);
- увеличение дебита скважины в разы (до 5) по сравнению с вертикально направленными;
- возможность использования технологии в различных геолого-инженерных условиях и климатических зонах РФ;
- применение современного оборудования, позволяющего оптимизировать расходы на бурение и эксплуатацию скважин.
Технологии и специфика бурения горизонтальных скважин
Эффективное применение метода ГНБ невозможно без применения телеметрических систем, контролирующих процесс разработки скважины и управляющих бурильными процессами. В качестве основного оборудования такого вида используются бескабельные телесистемы, использующие для связи радиоканалы. Для разработки скважин путем горизонтально направленного бурения используются две современные технологии:
- многоствольное бурение. Такой способ предусматривает увеличение дренажной зоны и замену нескольких «стандартных» скважин одной горизонтальной. Это снижает расходы на разработку, эксплуатацию и обслуживание нефтяного месторождения;
- роторное бурение. Технология отличается высокой эффективностью и предусматривает автоматическое управление процессом бурения. Однако роторный способ является более затратным, так как при нем бурят горизонтальные скважины с помощью дорогого инновационного оборудования. Поэтому он поэтому получил меньшее распространение, чем многоствольный.
Основные методы горизонтально направленного бурения
Разработка нефтяных скважин по технологии ГНБ может осуществляться несколькими способами, которые различаются:
по типу управления. Бурение может быть:
- управляемым. Во время бурильных работ есть возможность находить оптимальные пути прокладки скважины, обходить участки с плотными и скальными породами. Отклонение от заданного проектного направления не превышает 0,1 %;
- неуправляемым. Работа выполняется по заданному направлению, без возможности корректировки трассы. Поэтому перед началом бурения необходимо точно знать состав грунта и особенности пород, из которых он сложен;
по типу бурильного инструмента. Бурение может осуществляться одним из трех способов:
- шнековым. Предусматривает использование шнеков, удаляющих грунт из скважины. Используется при небольших заглублениях и на неплотных почвах;
- ударным. Предусматривает устройство стартового котлована, в котором будет установлена штанга с буровой головкой;
- пилотным. При таком способе буровая головка перемещается в заданном направлении с одновременной подачей через нее бетонита.
Этапы горизонтального бурения скважин
Перед тем как начинать бурильные работы, обязательно проводится оценка и анализ целесообразности технологии ГНБ для разработки конкретного нефтяного месторождения. Если выявлено, что горизонтальная технология является экономически обоснованной, переходят к дальнейшим действиям.
№ 1. Пилотное бурение
Скважину направляют в почву под расчетным углом наклона, рассчитанным заранее с учетом особенностей грунта и залегания нефтяных пластов. Ее прокладывают по определенной трассе, которая также рассчитывается заранее, на этапе проекта. Насадки, которые устанавливаются на буровой инструмент, подбираются под тип грунта (плотный, рыхлый и т. п.). При необходимости обойти препятствие направление движения меняют. Для этого используется специальная буровая лопатка. Прокладка первичного канала предусматривает следующее:
- постоянный контроль положения бура, чтобы его движение происходило точно по проектному направлению;
- получение постоянной информации обо всех координатах буровой головки;
- корректировку траектории бура путем использования бурильных штанг (остановка вращения, отведение назад и т. п.).
Для мониторинга перемещения бура используется встроенный зонд и локационные системы. Во время прохождения скважины в нее подается специальный буровой раствор (бетонит или иной), выполняющий несколько функций. Это вынос измельченной породы на поверхность, охлаждение оборудования, защита и укрепление стенок и т. п. Прокладка считается завершенной, когда бур выходит в заданной точке на поверхность.
№ 2. Расширение скважины
Скважину расширяют сразу же после того, как завершен первичный этап и проверено его качество. Вместо бура к штангам крепится расширитель обратного действия (риммер), оснащенный прочными режущими насадками. Их конструкция подбирается под геолого-инженерные характеристики рабочего участка, с учетом структуры и плотности грунта. Во время всего этапа штанги постоянно наращивают со стороны точки выхода. Это необходимо, чтобы в скважине полностью находилась целая буровая колонна, а не ее отдельный участок. При этом внутрь канала непрерывно подается специальный раствор, который извлекает буровой шлам, укрепляет и смазывает стенки. На завершающем этапе расширения отверстие, по которому будут прокладывать трубы, должно быть как минимум на 20–50 % больше, чем наружный трубопровод с учетом его защитного и изоляционного покрытия. При расчете нужного диаметра скважины учитываются:
- размеры протягиваемых труб;
- форма и длина траектории движения;
- инженерно-геологические условия местности;
- рабочие характеристики оборудования и буровой установки.
Практика показывает, что расстояние между грунтом и наружным диаметром трубопровода должно быть не более 15 см. Если скважина прокладывается в твердой связанной почве (плотной глине, слежавшемся песке), то величина бурового канала должна составлять 130–150 % от диаметра трубы.
№ 3. Затягивание трубопровода
Это завершающий этап. Трубопровод подготавливают к протягиванию. Для этого его размещают на роликовых опорах со стороны, противоположной той, где расположено буровое оборудование. Это позволяет уменьшить трение и необходимый уровень тяги. В качестве роликовых опор обычно применяются прочные металлические рамы с закрепленными на них резиновыми либо полиуретановыми роликами с шарикоподшипниками. Ширина их расположения может варьироваться и подбираться под конкретный диаметр протягиваемых труб. Технология ГНБ предусматривает, что временной интервал между расширением канала и протягиванием труб должен быть минимальным. Затягивание осуществляется в такой последовательности:
- на передний конец монтируется оголовок «пуля», имеющий сферическую форму. Благодаря этому снижается лобовое сопротивление при протягивании, а трубопровод не врезается в стенки канала. Вертлюг же, установленный на оголовке, предотвращает вращение протягиваемого трубопровода;
- трубы затягиваются в пилотную скважину посредством буровой установки. Оператор, управляющий процессом, следит за значением тягового усилия. Оно не должно превышать определенного значения, которое было определено при проектировании на основе прочностных характеристик трубы.
Буровые установки для ГНБ
Для проведения бурильных работ по горизонтальной технологии используются специальные аппараты, которые монтируются в поверхностном слое грунта на глубине до 15 м. Они включают в себя два основных компонента: буровую установку и систему приготовления раствора, который подается в скважину. Оборудование установлено в небольшом трейлере, благодаря чему обеспечивается мобильность и автономность работы. Трейлер может быстро транспортироваться на любое расстояние, что особенно важно, если необходимо вести работы на нескольких участках.
К основным особенностям работы такой установки относится высокая производительность – до 100 м трубопровода в течение одной рабочей смены. Время бурильных работ по горизонтальной технологии сокращается примерно в полтора раза. Отсутствует пагубное влияние на экосистему, плодородный слой почвы не нарушается. По максимальной силе тяги буровые установки для горизонтальных скважин делятся на несколько категорий:
- мини (до 100 кН). Применяются для прокладки кабелей и полимерных труб небольшого диаметра;
- миди (100–400 кН). Для труб Ø600 – Ø800 мм;
- макси (400–2500 кН). Для труб Ø1000- Ø1250 мм;
- мега (2500 кН и более). Для магистральных труб Ø1400 – Ø1800 мм и более.
При подборе оборудования учитываются задачи, которые должно решить горизонтально направленное бурение, а также диаметр и протяженность трубопровода.
Заключение
Технология ГНБ позволяет осваивать сложные нефтеносные участки, повышать производительность уже разработанных скважин, выполнять дополнительные ответвления от основного канала, повышать площадь дренажа. Выбор такого метода позволяет отклоняться от вертикали почти на 90°, а современное оборудование дает возможность значительно уменьшить сроки работ и одновременно сократить численность персонала. Перед началом горизонтального бурения специалисты «АКРОС» проводят ряд подготовительных работ и расчетов, подбирают именно те технологии, которые будут наиболее эффективными в данных условиях. Методика проведения подбирается индивидуально под каждый проект, с учетом геологических особенностей местности и поставленных задач.