Совершенствование методики проектирования кустов и профилей скважин на месторождениях со сложными схемами разработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Харламов, Антон Константинович

• Харламов, Антон Константинович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Харламов, Антон Константинович

Введение.

1 Анализ научных основ и технологий проектирования схем разбуривания месторождений.

2 Исследование и разработка основных принципов проектирования схем разбуривания месторождений.

2.1 Методический подход к проектированию бурения месторождения.

2.2 Особенности проектирования траектории скважины как элемента схемы кустования.

2.3 Альтернативность как параметр оптимизации.

2.4 Экспресс - оценка выполнения технико-технологических ограничений на траекторию стволов скважин.

2.4.1 Метод формирования допустимых областей размещения устьев скважин.

2.4.2 Алгоритм формирования допустимых областей размещения устьев горизонтальных скважин на однородной местности.

2.4.3 Алгоритм проверки выполнения условий принадлежности точки месторождения допустимой области размещения устьев скважины.

2.4.4 Алгоритм и условия формирования допустимой области размещения устьев многоствольной скважины.

2.5 Основные аспекты проектирования схем кустования устьев скважин.

2.5.1 Особенности проектирования схем кустования устьев горизонтальных и многоствольных скважин.

2.5.2 Основные этапы проектирования схем кустования.

2.5.3 Укрупненный алгоритм и рекомендации по проектированию схем кустования.

3 Разработка программного обеспечения для проектирования схем разбуривания месторождений.

3.1 Основные функциональные возможности программного комплекса.

3.2 Моделирование технологических процессов строительства скважин на предпроектной стадии автоматизированного проектирования схем кустования.

3.2.1 Моделируемое изменение веса на крюке при фиксированной нагрузке на долото.

3.2.2 Моделирование и проверка параметров промывочных жидкостей по очистке горизонтального ствола от шлама.

3.2.3 Технические средства для проводки скважин - как основной элемент технико-технологических ограничений при проектировании профилей.

3.3 Специфические задачи проектирования схем кустования устьев горизонтальных и многоствольных скважин.

3.3.1 Назначение точки входа в горизонтальный участок, выбор основного и боковых стволов.

3.3.2 Идентификация объектов.

3.3.3 Разработка условий предпочтительности.

3.3.4 Расчет достаточного отхода скважин.

3.4 Особенности проектирования профилей фонда скважин при кустовании их устьев.

3.5 Основные рекомендации по проектированию размещения устьев скважин на основании и направления движения бурового станка.

4 Экономические аспекты принятия решений при проектировании схем разбуривания месторождений.

4.1 Методический подход к оценкам минимальной экономически обоснованной глубины зарезки боковых стволов и альтернативности строительства многоствольной скважины.

4.2 Оценка схем кустования при различных плотностях систем разработки месторождений.

4.3 Анализ фактических затрат на обустройство месторождения.

4.4 Технико-экономическая и технологическая оценки промышленной реализации методического подхода, алгоритмов и программного обеспечения проектирования устьев скважин.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методики проектирования кустов и профилей скважин на месторождениях со сложными схемами разработки»

В сложных горно-геологических и природно-климатических условиях Западно-Сибирского региона основой разработки месторождений является кустовой метод их разбуривания наклонно направленными скважинами (ННС), с 90-х годов скважинами с горизонтальным окончанием их стволов, так называемыми - горизонтальными скважинами (ГС). Для повышения эффективности разработки месторождения и увеличения извлекаемых запасов нефти большие перспективы имеет система многоствольных скважин (МСС), получившая широкое развитие на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

Охрана недр - одна из важных проблем, стоящих перед нефтяниками Западной Сибири. Совершенствование природоохранного законодательства и необходимость переноса основных объемов добычи нефти в водоохранные зоны и территории приоритетного природопользования требуют внедрения новых технологий.

Достоинство метода бурения скважин с кустовых площадок и насыпных оснований состоит в снижении затрат на обустройство месторождения и уменьшении техногенного воздействия на окружающую природную среду.

Недостатками кустового метода являются:

- вынужденные простои пробуренных скважин в ожидании окончания бурения остальных скважин куста;

- ограниченное число скважин на кустовой площадке;

- увеличение расстояний между устьями соседних скважин для одновременной эксплуатации и бурения их;

- близость стволов, ведущая к индивидуальному проектированию скважин в пространстве, сложности в оперативном контроле за бурением;

- увеличение расстояний между устьями с целью уменьшения вероятности пересечения стволов пробуренных и бурящейся скважин.

Спецификой кустового бурения скважин на месторождениях Западной Сибири является совместное строительство наклонно - направленных, пологих, горизонтальных, многоствольных скважин с одного основания, размещение большой доли месторождений на природоохранных территориях, что усиливает требования, предъявляемые к проектированию схем разбуривания месторождений. Применение МСС при кустовом методе бурения позволяет сократить число устьев на площадке при относительном удорожании стоимости одной скважины.

Технологический процесс строительства ГС и МСС является наиболее сложным в инженерном смысле и весьма трудоемким в практическом исполнении по сравнению с технологией строительства (ННС) с большими отклонениями ствола от вертикали, пологих, ГС.

В связи с ростом объемов строительства ГС и МСС, актуальной задачей становится разработка научно-обоснованных методов проектирования строительства таких скважин, так как традиционный подход к планам разбуривания месторождений становится не приемлемым для сложных технологических схем разработки.

Для формирования и выбора оптимальных вариантов решений на всех этапах проектирования бурения, включая составление технологических схем разработки месторождений, генеральных схем обустройства, схем кустования скважин, планов разбуривания скважин куста, требуется формирование основных принципов проектирования схем бурения скважин на новых и добуриваемых месторождениях при различных условиях разработки месторождения, технических и технологических процессов бурения и эксплуатации скважин.

Для нефтедобычи в водоохранных зонах и территориях приоритетного природопользования становятся необходимыми следующие варианты:

- строительство экологически чистых, безотходных кустовых оснований;

- строительство в пологих (ПС) и горизонтальных (ГС) скважин с отклонением забоев от вертикали 1,5 км и более;

- строительство многоствольных скважин (МСС).

При первом способе требуются значительные капиталовложения. Строительство по второму и третьему способам требует коренного перевооружения в технике и технологии строительства. Совмещение этих способов даст достаточно высокий эффект.

Особенность проектирования оптимальных схем разбуривания месторождений многоствольным бурением при кустовом способе строительства скважин в отличии от обычного наклонно-направленного метода бурения заключается в разработке дополнительных требований к схемам разработки и обустройства месторождений.

Целью работы является повышение эффективности кустового метода разбуривания месторождений путем совершенствования научных основ и методов проектирования размещения кустовых площадок и устьев скважин на них.

Основными задачами исследований явились разработка принципов проектирования схем разбуривания месторождений на основе (с учетом) выбора системы разработки залежей; разработка научного и практически обоснованного метода проектирования схем кустования скважин; разработка методического (и программного обеспечения) для проектирования оптимальных вариантов размещения кустовых площадок и устьев скважин на нефтяных месторождениях, отвечающего требованиям промышленной и экологической безопасности строительства скважин при снижении затрат на их сооружение.

Поставленные задачи работы решаются с применением методов системного анализа, теории множеств, аналитической геометрии, теоретических основ проектирования строительства скважин.

В результате выполненной работы разработан принципиально новый подход к проектированию разбуривания месторождений, заключающийся в принятии технико-технологических факторов определяющими, а не ограничивающими множество решений; сформулировано и обосновано требование к оптимальному проектированию бурения скважин на уровне выбора системы разработки месторождения; разработан метод проектирования схем кустования устьев скважин на основе формирования допустимых областей, размещение в которых кустовых площадок позволяет проектировать траектории скважин в соответствии с технико-технологическими ограничениями.

Предложенное в работе методическое обеспечение для создания системы автоматизированного проектирования бурения скважин включает все основные, взаимосвязанные технико-технологические и экономические проблемы, возникающие при проектировании сложных систем разработки месторождений на основе принципиально новых решений, с применением горизонтальных и многоствольных скважин.

Автоматизированный подход к проектированию бурения месторождений повышает качество проектирования разработки месторождений ГС и МСС, увеличивая степень обоснованности исходных данных для принятия решения и реализуемости проекта.

Предложенный системный подход к проектированию профилей многоствольных скважин в зависимости от соотношения затрат на строительство основного и бокового ствола (БС), в т.ч. с горизонтальным окончанием (БГС), стоимости работ на инженерную подготовку кустовой площадки (КП), позволяет осуществлять оптимальный выбор типа скважин при автоматизированном варианте проектирования схем кустования и выборе системы разработки месторождения.

Автоматизированный подход позволяет проводить аналитические исследования при разработке руководящих документов, стандартов предприятия (СТП) на строительство скважин, оценивая влияние технологических и стоимостных характеристик на схему разбуривания месторождений и формулируя условия предпочтительности с целью повышения безопасности проводки скважин.

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Харламов, Антон Константинович

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Разработан принципиально новый подход к проектированию схем разбуривания месторождений в единстве с формированием и выбором системы 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Харламов, Антон Константинович, 2007 год

1. Марков Ю.М. Разработка нефтяных месторождений наклонно-направленными скважинами. М.: Недра, 1986. - 278 с.

2. Савельев В. Опыт проектирования и разработки низкопродуктивных объектов с применением горизонтальной технологии бурения / Е. Богомольный, Н. Струкова, А. Берлин // Нефть и Капитал. 2001. - № 2. -С. 48-53.

3. Thorogood J.L. Application of risk analysis methods to subsurface well collisions / T.W. Hogg, H. S. Williamson. 1991. C. 299-304.

4. Булычев Ю.П. Оптимизация подготовки схем бурения куста скважин с применением ЭВМ / Е.А. Нурмагамбетова // Научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новых условиях хозяйствования.- 1989. -№8.-С. 1-3.

5. Бастриков С.Н. Основные требования к проектированию схем разбуривания месторождений горизонтальными скважинами: Монография.- Тюмень: СибНИИНП, 1997. С. 157-160.

6. Шешукова Г.Н. Повышение эффективности кустового метода разбуривания нефтяных месторождений Западной Сибири: Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн. наук: 05.15.10.- Тюмень, 1997.

7. Гулизаде М.П. Оптимальный метод разбуривания морских нефтяных месторождений / Н.Х. Бабаев, Д.А. Бабаев, Б.М. Халимбеков, К.А. Амирагов // Материалы научного и научно-методического симпозиума нефтяных вузов СССР. Баку, 1969.

8. Хачатуров В.Р. О динамическом проектировании и его реализации при освоении нефтяных месторождений // Фактор неопределенности при принятииоптимальных решений в больших системах энергетики: Сб. науч. тр. Иркутск: СЭИСО АНССР, 1974.-С. 58-61.

9. Полищук А.И. Алгоритмы решения задач оптимального проектирования обустройства нефтяного месторождения / В.О. Рапопорт // Исследователи производства. -1971. № 12. - С.20-23.

10. Гаджиев Н.Р. Способ проектирования наклонно направленных скважин при кустовом бурении со стационарных платформ // Строительство нефтяных и газовых скважин на суши и на море. 2005. - № 2. - С. 5-11.

11. Разработка и внедрение системы автоматизированного проектирования профилей наклонных скважин, бурящихся с одной кустовой площадки: Отчёт о НИР, заказ-наряд 4839 (промежуточный) / СибНИИНП. Рук. Сушон Л.Я. -Тюмень, 1983.- 150 с.

12. Разработка системы автоматизированного проектирования (САПР) профилей наклонных скважин, бурящихся с одной кустовой площадки: Отчёт о НИР, заказ-наряд 0.82.4839.86 (заключительный) / СибНИИНП. Рук. Емельянов П.В. Тюмень, 1985. - 92 с.

13. Бастриков С.Н. Строительство скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Тюмень, 2000, - 252 с.

14. Гулизаде П.П. Оптимальное разбуривание нефтяных месторождений кустами скважин / Д.А. Бабаев, Б.М. Халимбеков, К.А. Амирагов // Нефть и газ.- 1971.-№3.-С. 27-33.

15. Киршенбаум Р.П. Решение задач кустования скважин на ЭВМ. Опыт эксплуатации. Опыт и проблемы проектирования обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири / Э.А. Ахпагелов, В.А. Коровин. Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1981. - С. 63-72.

16. РД 51-01-02-84. Бурение кустов наклонных скважин в морских условиях / ВНИПИморнефтегаз. 1984. 73 с.

17. Разработка автоматизированной системы управления искривлением наклонных скважин в УБР Главтюменнефтегаза: Отчёт о НИР, заказ-наряд 0.84.4855.87 (заключительный) / СибНИИНП. Рук. Емельянов П.В. Тюмень, 1987.-170 с.

18. Бастриков С.Н. Проектирование и строительство скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири (проблемы, исследования, актуальные решения): Диссертация на соискание ученой степени д-ра техн. наук: 05.15.10.-Тюмень, 2000. 180 с.

19. Карпов В.М. Анализ организации работ при кустовом строительстве скважин в Главтюменнефтегазе / Д.Ш. Рамазанов // Организация и управление в нефтяной промышленности. 1979. - № 7. - С.3-7.

20. РД 08-435-02. Инструкция по безопасности одновременного производства работ, освоения и эксплуатации скважин на кусте. М., 2002.

21. РД 39-2-171-79. Инструкция по бурению наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Тюмень, 1979.-72 с.

22. РД 39-2-1290-85. Инструкция по одновременному производству буровых работ, освоению и эксплуатации нефтяных скважин на кусте / ВНИИБТ. -М, 1985.- 15 с.

23. Галикеев И.А. Кустование горизонтальных скважин // Тезисы докладов: Материалы 3-его международного семинара «Горизонтальные скважины». М., 2000. - С. 28-29.

24. Мохамед Найм М.А. Проектирование и расчёт профиля горизонтальной скважины (на примере нефтяного месторождения Муглад, юга Судана) // Тезисы докладов: Материалы 3-его международного семинара «Горизонтальные скважины». М., 2000. - С. 43.

25. Иткин В.Ю. Проектирование пространственных траекторий горизонтальных скважин при кустовом бурении // Тезисы докладов: Материалы 3-его международного семинара «Горизонтальные скважины». М., 2000.-С. 45-46.

26. Левицкий А.З. Расчет пространственного участка горизонтальной скважины для вскрытия продуктивного пласта по заданной технологии / В.М. Тенищев. С. 46-47.

27. Кульчицкий В.В. Строительство скважин с пологим и горизонтальным окончанием ствола // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- 1999.-№7-8.-С. 12-15.

28. Прохоренко В.В. Типы профилей боковых стволов восстанавливаемых скважин / Г.С. Оганов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- 1999.-№ 11-12. С. 16-19.

29. Кейн С.А. Развитие методик расчёта траекторий наклонных, горизонтальных и разветвлённых скважин (на примере Тимано-Печорской провинции): Автореф. диссертации. М., 1996. - 23 с.

30. Michael Hauck Planning platform wells: the bellow-ground structure, Ocean Industry. May 1989, C. 36-40.

31. Мелик-Шахназаров A.M. Математическое обеспечение, программа контроля пересечений стволов наклонно-направленных скважин при кустовом бурении / В.Г. Фролов, В.Г. Дахнов // Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности. 1985. - № 5. - С. 6-12.

32. Алейников Б.И. Некоторые алгоритмы решения многоэкстремальных задач размещения и их экспериментальное исследование / С.М. Мовмович // Исследования по математическому программированию: Сб. науч. тр. М., 1963.-С. 193-200.

33. Оберкирчер Д. Будущее многоствольного бурения // Нефтегазовые технологии. 2001. - № 6. - С. 58-59.

34. Додонов А.В. Методологический подход к проектированию многоствольных скважин для нефтеизвлечения из целиков залежи // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. - № 10. -С. 10-15.

35. Оганов Г.С. Современная классификация многозабойных скважин / С.В. Поздышев, Н.Ф. Шуть // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2002. - № 1. - С. 12-15.

36. Темнов Г.Н. Исследование эффективности применения горизонтальных скважин в условиях Талинского месторождения / Б.И. Леви, B.C. Евченко, В.М. Санкин // Нефтепромысловое дело. 1993. - № 8, - С. 1-8.

37. Калинин А.Г. Бурение наклонных и горизонтальных скважин: Справочник / Б.А. Никитин, К.М. Солодский, Б.З. Султанов. М.: Недра, 1997.

38. Никитин Б.А. Перспективы развития горизонтального и разветвлено-горизонтального бурения / А.С. Оганов // Тезисы докладов: Материалы 3-его международного семинара «Горизонтальные скважины». М., 2000. - С. 6-8.

39. Буслаев В.Ф. Строительство скважин на Севере / П.С. Бахметьев, С.А. Кейн, В. Юдин. М., 2000, - 287 с.

40. Додонов А.В. Решения и расчёты при создании многоствольных скважин для извлечения нефти из целиков // НТИ, Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2000. - № 8-9. - С. 43-51.

41. Близнюков В.Ю. К вопросу проектирования процесса зарезки и бурения новых стволов скважин / Н.Р. Гаджиев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на морс. 2001. - № 5-6. - С. 14-15.

42. Прохоренко В.В. Типы профилей боковых стволов восстанавливаемых скважин / Г.С. Оганов // НТИ, Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, 1999.-№ 11-12.-С. 16-19.

43. Ахмадуллин Э.А. Восстановление скважин методом зарезки и бурения вторых стволов на месторождениях ОАО «Ноябрьскнефтегаз» / В.В. Белоногов // НТИ, Нефтепромысловое дело. № 2. - С. 34-37.

44. Кудинов В.И. Горизонтальное бурение и зарезка боковых горизонтальных стволов в нерентабельных скважинах ОАО «Удмурнефть» / В.А. Савельев, Е.И. Богомольный, Б.М. Сучков // НТИ, Нефтяное хозяйство. 1997.-№5. -С. 17-20.

45. Близнюков В.Ю. Особенности бурения наклонно-направленной скважины с большим смещением забоя от вертикали / А.В. Большаков. -Краснодар: «Бурение», 2002, С. 38-41.

46. Бастриков С.Н. Системный подход к проектированию схем разбуривания месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами / К.Н. Харламов, А.К. Харламов, Г.Н. Шешукова // Нефтяное хозяйство. 2005. - № 5. - С. 55-57.

47. Бастриков С.Н. Экспресс оценка влияния технико-технологических ограничений на траекторию стволов скважин / К.Н. Харламов, А.К. Харламов, Г.Н. Шешукова // Нефтяное хозяйство. - 2005. - № 8. - С. 125-127.

48. РД 314170706-027-2001. Технологический регламент на проектирование и строительство горизонтальных скважин. 2001.

49. РД 5753490-022-2000. Технологический регламент на бурение из обводненных и бездействующих эксплуатационных скважин боковых стволов с горизонтальным участком. 2000.

50. Ван дер Варден Б.Л. Алгебра. М., 1979. - 638 с.

51. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. 2003.

52. Лесной кодекс Российской Федерации от 1997(с изменения и дополнениями от 29.12.2004).

53. ПБ 08-624-03. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности: Утв. постановлением Госгортехнадзора России от 05.06.2003 №56. -М.,2003.-С.272.

54. РД 00158758-224-2001. Инструкция по одновременному производству работ по бурению, освоению и эксплуатации скважин на кустах месторождений Крайнего Севера / ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ. Тюмень, 2001. - 22 с.

55. СТО 2-3.2-037-2005. Требования к организации и производству работ по бурению, освоению и эксплуатации скважин на кустах Бованенковского месторождения / ГАЗПРОМ. М., 2005. - 24 с.

56. Правила геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах: Постановление Министерства топлива и энергетики России и Министерства природных ресурсов России от 28.12.1999 № 445/323. М., -1999. -67 с.

57. РД 08-435-02. Инструкция по безопасности одновременного производства буровых работ, освоения и эксплуатации скважин на кусте.