ПРОБЛЕМА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И УСТРАНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Аннотация: Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. В статье рассмотрены основные причины аварий, возникающих при направленном бурении.

Проблема предупреждения и устранения геологических осложнений в процессе бурения является одной из самых актуальных при строительстве скважин, поскольку осложнения в процессе бурения сопровождаются значительными затратами времени и средств на ликвидацию их последствий и могут привести к серьезным авариям [1].

С развитием технологий направленного бурения количество скважин, на которых оно используется, постоянно растет [1]. Поскольку технология направленного бурения сложнее традиционной, возникают дополнительные риски возникновения аварий при бурении [3].

В работе [2] приводятся возможные причины аварий, такие как выдавливание пластичной породы, которая зажимает бурильную колонну: геометрия скважины, деформирующая бурильную колонну, и плохая промывка ствола скважины, приводящая к зарыванию бурового инструмента в шламе. Порода также воздействует на бурильную колонну созданием механического напряжения в ней, что может приводить к усталостному разрушению колонны.

Исследование Шульца [6] показывает, что на каждой платформе, на которой происходила авария, происходил выброс нефти в море. Шульц говорит, что на 2-3 % существующих платформ происходят аварии не реже 1 раза в год. Также Шульц выяснил количество людей, погибших в результате аварий на буровых платформах: 123 чел. погибли после аварии на Kielland в Норвегии в 1980 г. 81 чел. погиб в Южно-Китайском море в 1983 г. 167 чел. погибли на платформе Piper Alpha.

Эти аварии, как отмечает Шульц, являются наиболее значительными по количеству жертв. Также исследователь представляет сравнение количества травм и повреждений, полученных работниками, занимающимися бурением нефтегазовых скважин, и работниками в других отраслях. Частота травм всех работников, связанных с бурением, составляет 4.6 травмы за 200 000 рабочих часов, что сравнимо с аналогичным показателем для шахтеров (4.4 травмы за 200 000 ч) и меньше, чем у строительных рабочих (6.2 травмы на 200 000 ч).

Однако если рассмотреть бурение на плавучих платформах, как сделал Шульц, то частота травм у работников платформ увеличивается. На шельфовых платформах частота травм составляет 4.2 травмы на 200 000 ч. а на платформах в открытом море - 10.4. Исходя из вывода, сделанного в работе [4], и принимая во внимание работу [5], можно считать справедливым утверждение, что для уменьшения количества травм, получаемых работниками плавучих платформ, необходимо совершенствование технологии морского бурения, поскольку именно технология направленного морского бурения является наиболее сложной, вследствие чего работники подвергаются большей опасности.

В работе [7] отмечалось, что в направленном бурении для навигации бурильной колонны используется прибор, описанный в патенте [8]. Особенностью данного прибора по сравнению с ранее существовавшими аналогами является то, что он определяет вертикальную и горизонтальную проводимости формации и относительный угол наклонения (угол в вертикальной плоскости между продольной осью прибора и кровлей пласта) одновременно, тогда как раньше считалось, что определение этих трех параметров одновременно невозможно. Трудности в одновременном определении были решены тем, что вместо соосно расположенных приемо-передающих антенн, использующихся для каротажа, стали использоваться антенны, одна из которых развернута относительно других на некоторый угол α (рис. 1).

Рисунок 1. Расположение приемо-передающих антенн

Угол α является известным и определяется при проектировании прибора. Однако существует неучтенная погрешность при определении α. вызванная технологическими факторами. Из-за этого угол разворота антенн в приборе будет отличаться от заданного значения α (рис. 2).

Рисунок 2. Погрешность угла разворота антенн

Из-за внесения погрешности в угол разворота антенн будет вноситься погрешность в выходные параметры прибора: вертикальную и горизонтальную проводимости формации и относительный угол наклонения. Это приведет к снижению точности бурения и росту возможности аварии. Для устранения погрешности нужно измерить действительный угол разворота антенн, сравнить его с заданным и внести погрешность в алгоритм прибора (рис. 3).

Представленный алгоритм реализует численное решение системы, аналитическая форма которой представлена в патенте [8]. В работе [7] проводилось моделирование влияния погрешности на выходные параметры.

Рисунок 3. Алгоритм работы прибора

Измерение действительного угла α возможно с помощью способа, описанного в патенте [9]. После внесения поправки описанная погрешность будет компенсирована и повысится точность работы каротажного прибора.

Использование методов определения углового рассогласования поможет избавиться от неучтенной погрешности, повысит точность бурения и снизит вероятность возникновения аварии при бурении.

Список литературы:

1. Горбатенко А.А., Сухорукова К.В. Особенности сигналов высокочастотного электромагнитного каротажа в наклонных и горизонтальных скважинах // Каротажник. - 2014. - № 11. - С. 42-55.
2. Ширяев П.Р. Цветков Г.А. Разработка технологии повышения безопасности при бурении скважин, основанной на применении волоконно-оптических датчиков // Научные исследования и инновации. -2013. - № 1-4. - С. 163-165.
3. Tabibzadeh M. A risk analysis methodology to address human and organizational factors in offshore drilling safety: with an emphasis on negative pressure test. - 2014. - 161 p.
4. Касаткин Р.Г. Организация транспортировки нефти и газа с арктических шельфовых месторождений: мировой опыт // Нефтегазовое дело. - 2009. - № 1. - С. 1-8.
5. Attwood D. A reliability approach to the quantification of occupational accidents hi the offshore oil and gas industry. - 2006. - 301 p.
6. Schults J.R. The risk of accidents and spills at offshore production platforms. - 1999. - 332.
7. Ширяев П.Р. Цветков Г.А. Разработка технологии, основанной на применении волоконно-оптических датчиков, для повышения качества бурения скважин // Каротажник. - 2014. - № 10. - С. 94-100.
8. Пат. US 7948238 B2. Electromagnetic wave resistivity tool having a tilted antenna for determining properties of earth formations. 2011.
9. Пат. RU 2495374 C1. Устройство для измерения пространственных угловых отклонений / Г.А. Цветков, Г.Ф. Утробин, Е.А. Федорова. 2012.