Как мы знаем, при традиционном бурении нефтяных и газовых скважин очистка ствола от выбуренной породы производится непрерывной циркуляцией промывочной жидкости - бурового раствора. Плотность бурового раствора рассчитывается из условия создания противодавления на продуктивный пласт. То есть, вес гидростатического столба раствора должен превышать пластовое давление. Такая технология вскрытия продуктивных горизонтов называется бурением на репрессии. Бурение на репрессии предотвращает выбросы пластовых флюидов и газа, снижает вероятность аварийного фонтанирования скважин.
Однако в процессе проходки продуктивного горизонта буровой раствор оказывает весьма негативное воздействие на призабойную зону пласта, ухудшая ее коллекторские свойства.
Фильтрат бурового раствора проникает в призабойную зону на глубину два-три метра. Вода раствора в промытой от пластового флюида зоне смачивает стенки пор и трещин, увеличивая количество связанной воды, что существенно снижает фазовую проницаемость для нефти.
Водный фильтрат способствует набуханию глинистых частиц, содержащихся в терригенных и карбонатных коллекторах. Это приводит к дополнительной кольматации пор и снижению проницаемости пласта.
Необратимую кольматацию коллектора вызывает твердая фаза буровых растворов. Наибольший вред приносит барит, который невозможно удалить из пор химическим растворением.
Многолетняя практика эксплуатации нефтяных скважин показала, что несмотря на комплексы мер по освоению и интенсификации притока, угнетение пласта репрессивным бурением приводит к неполноценной гидродинамической связи скважины с пластом. В результате скважина работает с меньшим дебитом и на протяжении всего жизненного цикла остается «больной».
С целью исключения фактора отрицательного воздействия бурового раствора на пласт была разработана технология бурения скважин на депрессии. Бурение на депрессии считается сравнительно новым направлением, но уже в начале нашего века 25 % всех скважин на нефть бурились по этой технологии.
При бурении на депрессии в системе пласт - скважина поддерживается отрицательное дифференциальное давление. То есть, в процессе проходки пластовое давление превышает давление гидростатического столба промывочной жидкости в скважине. Вследствие этого при вскрытии продуктивного горизонта компоненты бурового раствора не проникают в поры и трещины пласта и не ухудшают его коллекторские свойства.
В качестве промывочной жидкости при депрессивном бурении применяют растворы пониженной плотности на основе воды или нефти, которые насыщают газами.
При бурении на депрессии, следует учитывать взрывоопасность метана и пластовых флюидов. Они поступают в скважину в процессе проходки и смешиваются с буровым раствором. Минимальная концентрация кислорода необходимая для воспламенения и горения метана в скважине при высоком давлении и температуре составляет 6-8%. Поэтому буровые растворы, обычно, облегчают не воздухом, а азотом или природным газом.
Обеспечивая взрывобезопасность, азотирование (инертизация) бурового раствора снижает затраты на бурение и повышает его качество. При азотировании увеличивается скорость проходки и уменьшается износ долота. В зависимости от режимов бурения расход азота составляет 10 – 30 м3/мин. Для получения газообразного азота высокого давления на буровой используют передвижные азотные компрессорные станции.
О конструкции и принципе работы азотной станции подробнее можно почитать в статье: «Азотная станция.»
Вначале традиционным способом на репрессии бурят ствол до кровли продуктивного пласта и крепят его обсадной колонной. Затем для бурения с промывкой азотированным раствором устье подготовленной пилотной скважины оборудуют вращающимся превентором. Вращающийся превентор или роторный устьевой герметизатор (РУГ) устанавливают сверху блока плашечных и универсальных превенторов вместо разъемной воронки.
О компоновке устьевого противовыбросового оборудования при традиционном бурении подробнее можно почитать в статье: «Превентор.»
После обустройства устья начинают бурить продуктивную толщу на растворе из нефти, насыщенной азотом.
Роторный устьевой герметизатор имеет вращающийся ствол с самоуплотняющейся манжетой. В отличие от гидроприводных плашечных и универсальных превенторов манжета РУГ обжимается вокруг вращающегося бурильного инструмента под действием давления промывочной жидкости в затрубном пространстве. Для соединения с циркуляционной системой буровой установки РУГ имеет боковой отвод.
В процессе проходки продуктивного пласта в скважину поступает нефтегазовая смесь, которая, смешиваясь с промывочной жидкостью поднимается по затрубному пространству к устью скважины. Чтобы попутный нефтяной газ не попадал в атмосферу, на площадке буровой монтируют специальную закрытую система циркуляции. По ней нефтегазовая смесь вместе с выбуренной породой от устья скважины направляется в нефтегазошламовый сепаратор.
Сначала нефть отделяют от шлама, который уходит в накопитель. Попутный газ из сепаратора сжигают на факельной установке. Дегазированная нефть вновь поступает в циркуляционную систему. А излишки ее направляются в выкидную линию.
Центральным узлом системы является эжектор, в котором нефть смешивается с азотом. Компрессорная установка по трубопроводу подает в эжектор азот. Для обеспечения высокого давления нагнетания используют винтовые насосы.
Нефть, насыщенная азотом, создает отрицательное давление в скважине. Благодаря этому происходит стимуляция нефтепритока в призабойную зону пласта. Режим бурения контролируется контрольно-измерительной аппаратурой. В реальном времени фиксируются все параметры бурения: давление нагнетания, плотность, температура, расход нефтегазовой смеси.
Таким образом, скважина, пробуренная на депрессии практически сразу готова к пуску в эксплуатацию.
Опыт показал, что бурение на депрессии дает максимальный эффект на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки, имеющих истощенные пласты и низкие пластовые давления.
Благодаря применению технологии бурения с отрицательным дифференциальным давлением удается достичь увеличения проходки на долото и повышения механической скорости бурения, поскольку угнетающее давление на забой скважины при использовании данной технологии ниже.
Далее читаем следующую статью «Азотная станция.»