Проектування і оптимізація траєкторій свердловин родовища

Designing and optimizing well trajectories field

T. NESTEROVA, I. POZDEEV, «Petrovaizer» LLC

Описано комплексний підхід до проектування траєкторій свердловин і створення схеми кустованія родовища, що поєднує в собі традиційні методи проектування на основі заданої сітки розробки та оптимізацію на основі можливих траєкторій від кожної геологічної мети. Наводяться ілюстровані приклади оптимізації за допомогою програмного забезпечення компанії «Петровайзер»

The company «Petrovaizer» LLC are presents the benefits of using your own software product «Designing well trajectories».

Розбурювання родовищ кущами свердловин забезпечує зростання ефективності і прискорення окупності капітальних вкладень за рахунок зниження питомих витрат на облаштування родовищ. З іншого боку, неминучий при цьому зростання кутів нахилу свердловин ускладнює технічну реалізацію проектів разбуривания і збільшує кількість ризиків, викликаних ймовірністю перетину стовбурів. З огляду на той факт, що у вартості капітальних вкладень в проект розробки більше половини займають витрати на буріння свердловин, основним при аналізі можливих варіантів розробки стає питання створення оптимальної схеми розбурювання (кустованіе свердловин). Розрахувавши велику кількість варіантів кустованія, можна визначити найкращий проект, який характеризується мінімальною кількістю кущових майданчиків і мінімальною кількістю ризикованих свердловин, або взагалі їх відсутністю.
Інструментарій для проектування траєкторій свердловин існує майже стільки ж, скільки існує направлене буріння. Програми проектування траєкторій пройшли еволюцію від суто табличного завдання параметрів одиничної траєкторії похило-спрямованої свердловини до автоматизованих багатофункціональних програмних комплексів, що мають розвинені можливості розрахунків і аналізу траєкторій, в тому числі просторових, горизонтальних і багатоствольних свердловин, зберігання їх в базах даних і можливості спільних графічних побудов , включаючи тривимірну графіку.
На етапі створення варіантів розробки родовища і початкової схеми розбурювання точність проектної траєкторії і облік всіх факторів, що на неї чинників не є суттєвими. Принципово важливою є можливість швидкого перерахунку всіх можливих варіантів проектування численних траєкторій для аналізу результату за сукупністю свердловин, кущів і родовища в цілому.
На наступній стадії уточнення і вироблення оптимального проектного рішення головними стають можливості детального проектування траєкторії кожної свердловини з урахуванням геологічного розрізу і техніко-технологічних обмежень.
В стадії разбуривания родовища ключовими стають завдання актуалізації фактично профілів - аналіз їх на предмет відповідності проекту і оцінка ризику зближень з іншими стовбурами свердловин, а також оперативне коректування поточних проектних траєкторій.
У вітчизняних публікаціях завдання оптимізації траєкторії свердловини часто розглядається з точки зору оптимізації навантажень, що виникають при бурінні і спуско-підйомних операціях (СПО) [1]. Оптимізація траєкторії по навантаженнях і результуючим напруженням, чинним на інструмент, призводить до збільшення довжини траєкторії і довжини криволінійних ділянок і, відповідно, збільшення витрат на будівництво свердловини. Про навантаженнях на практиці питання ставиться так: можна чи ні наявним обладнанням і матеріалами пробурити і підготувати до експлуатації свердловину? Причому, відповідь «так» може бути отриманий для істотно розрізняються траєкторій, в тому числі розрізняються за витратами на будівництво. При кущовий бурінні вельми істотним є порядок, в якому гирла свердловин розміщуються на майданчику, і глибини початкового відходу від вертикалі їх траєкторій. Причина складнощів в тому, що геологічні мети для свердловин будуть розташовуватися переважно навколо кущовий майданчики, і при невдало вибраному порядку усть свердловин можливий ризик перетину. Додаткові складнощі можуть виникати через переваг по черговості буріння, в тому числі з-за необхідності буріння пілотного стовбура.
Оптимізація куща свердловин необхідна з позицій мінімізації ризиків і зменшення довжин їх траєкторій. На рис. 1 показані схема куща і черговість буріння свердловин з різницею в позиції гирла свердловини 178. У першому варіанті гирлі в кінці майданчика і довжина що виходить траєкторії 4176 м. У другому варіанті гирлі на початку і довжина 4113 м. Різниця довжин траєкторій - 63 м, крім того , другий варіант безпечніше за ризиком перетину стовбурів.
Основою для проектування схеми кустованія родовища в цілому служить наступна інформація:

• інфраструктурні об'єкти родовища (наявні і плановані дороги, ЛЕП та інше), які впливають на вибір місця розташування кущовий майданчики і, відповідно, на координати усть свердловин;
• рельєф і Орогідрографія місцевості (висоти, річки, природоохоронні зони і т.п.);
• сітка геологічних цілей і їх характеристика (координати, глибини, довжини горизонтальних ділянок і їх взаємне розташування);
  геологічний розріз (інтервали проблемних порід або нецільових пластів);
• раніше пробурені свердловини (координати, траєкторії);
• технічні характеристики устаткування (вантажопідйомність бурової);
• технологічні обмеження (допустима інтенсивність набору кута, глибина установки насосного обладнання і т.д.);
• конструкція свердловин (глибини спуску колон);
• послідовність буріння свердловин в кущі.

Розробка схеми кустованія з урахуванням всієї наведеної вище інформації - це складний і трудомісткий процес, що вимагає спеціалізованого програмного забезпечення і залучення фахівців з різних областей. Оптимізація схеми кустованія родовища в першу чергу спирається на оптимізацію траєкторій проектованих свердловин. Розумно припустити, що не тільки наведена інформація впливає на проектні траєкторії, але і навпаки, траєкторії впливають на вихідні компоненти. Наприклад, при інших рівних умовах, кустовую майданчик вигідніше розташувати там, де сумарні витрати на будівництво свердловин куща будуть мінімальними, а ризики залишаться прийнятними. Підсумкове проектне рішення повинно, як мінімум, бути збалансованим і, переважно, найменш витратним, але при цьому підходи до проектування можуть бути різні.

традиційний підхід

Традиційно створення схеми кустованія базується на заданій сітці розробки. Виходячи з рельєфу і Орогідрографія місцевості, а також з урахуванням наявної і необхідної інфраструктури вручну задаються розташування кущових майданчиків. При цьому можливість взяття мети свердловиною з кущовий майданчики оцінюється по колу максимально допустимого відходу від гирла свердловини до мети. Потрапляє мета в окружність заданого радіуса - добре, мета може бути взята, якщо не потрапляє - значить, не може.
Важливо відзначити, що проектна траєкторія на цьому етапі не деталізується через великої кількості і трудомісткості рутинних розрахунків, оскільки варіантів розташувань кущовий майданчики може бути багато. Наприклад, сітка з 50 цілей покривається 5 кущами з 3 варіантами розташування кущових майданчиків - це 750 траєкторій свердловин. Якщо створювати по 10 проектних траєкторій в день, то буде потрібно 75 людино-днів! Без автоматизації процесу створення проектної траєкторії проводити детальний аналіз ризиків і оптимізацію на цьому етапі нереально.

оптимізація

Можливий і інший підхід до створення оптимальної схеми кустованія родовища. Суть цього підходу - формування областей найкращого розташування кущових підстав, виходячи з можливих траєкторій від кожної геологічної мети, і вже в місцях найбільшого перекриття цих областей, а також з урахуванням рельєфу і Орогідрографія місцевості (рис. 2) визначати місцеположення кущових майданчиків. Цей підхід складніше алгоритмічно і дуже вимогливий до обчислювальних ресурсів, оскільки кількість розрахунків швидко зростає з ростом числа цілей і вузлів розрахункової сітки. Процедуру оптимізації спрощує те, що для формування бажаних зон розміщення кущових майданчиків необов'язково розраховувати точну проектну траєкторію кожного можливого варіанту. Досить формувати вектор значень критеріїв оптимізації в вузлах розрахункової сітки, а потім проводити вибір оптимального варіанту розміщення.
Очевидним критерієм оптимізації є довжина траєкторії - чим вона менша, тим менше (в загальному випадку) і витрати. Складність траєкторії - інший очевидний критерій оптимізації. Від неї залежать ризики аварій при будівництві та ризики непотрапляння траєкторії в ціль. Не розрахувавши проектну траєкторію свердловини, складно точно визначити ступінь її просторового викривлення, але для вирішення задачі оптимізації необов'язково знати точні значення критерію, досить щоб ці значення можна було порівнювати.
Основна перевага цього підходу - можливість без участі людини розрахувати і запропонувати варіант оптимального розміщення кущових майданчиків по закладеним критеріям.
Описаний підхід має один істотний недолік: при автоматичному розміщенні кущових майданчиків будуть залишатися неохопленими окремі геологічні мети. Очевидним виходом є внесення коригувань в запропонований автоматичний варіант. Варіантів схеми кустованія може бути кілька, вони, можливо, будуть близькі за оцінками, і тільки експерт зможе об'єктивно оцінити і віддати перевагу той чи інший варіант.

Комплексний ітераційний підхід

Схема кустованія, побудована по сітці буріння, рельєфу місцевості і об'єктів інфраструктури, сама будучи об'єктом оптимізації, може розглядатися як один з критеріїв оптимізації для вихідних даних. Наприклад, проаналізувавши проектні траєкторії схеми, можна помітити, що несуттєвий зрушення або поворот деяких цілей горизонтальних свердловин призведе до суттєвого спрощення траєкторій і зменшення їх довжин. І підлаштовуючи сітку розробки до траєкторіях, можна добиватися ще більшої оптимізації проектного рішення в цілому.
У показаної на рис. 3 ситуації, зміна азимутального кута горизонтальної ділянки свердловини «145» на 20 градусів, призвело до скорочення довжини траєкторії на 150 м, з 2755 до 2605 м і зменшенню зенітного кута ділянки стабілізації на 16 градусів, з 55 до 39 градусів.
Інший приклад - незначний зсув двох горизонтальних ділянок в площині. Така зміна іноді стає єдиним способом зменшити ризик перетину напрямних частин траєкторій, що ведуть до паралельним горизонтальним ділянкам, розташованим друг за другом
Як видно з рис. 4, зрушення кожного з горизонтальних ділянок на 30 м в різних напрямках призвів до розведення траєкторій майже на 60 м. Довжина і складність траєкторій при цьому залишилася майже такою ж. Несуттєві зміни в сітці цілей можуть привести до істотного поліпшення траєкторій свердловин і виграшу для проектного рішення в цілому.
Вантажопідйомність бурового верстата і щільність сітки розробки впливають на кількість свердловин, доступне з одного кущовий майданчики. Задіявши інший тип верстата, можна оптимізувати кількість необхідних кущових майданчиків. На рис. 5 показані 2 варіанти схеми кустованія по одній і тій же сітці цілей. Перший варіант «2000 м» (на малюнку зліва-вгорі) отримано для граничного відходу від гирла до мети в 2000 м, а другий «1000 м» - для 1000 м. У правій частині малюнка наведено параметри, за якими можна порівняти ці два варіанти . Видно, що в першому випадку буде потрібно 3 кущові майданчики, а в другому 8. При цьому сумарна довжина траєкторій в другому варіанті менше, ніж в першому, але, зрозуміло, на відсипання 8 майданчиків буде потрібно набагато більший об'єм ґрунту. Кінцева економія цілком залежить від закладаються в розрахунок вартостей, але очевидно, що короткі прості траєкторії в другому варіанті менш ризиковані.
Як би не було оптимально вироблене проектне рішення, поява фактичних даних у міру буріння свердловин, уточнення глибин залягання пласта, уточнення пріоритетності взяття тих чи інших геологічних цілей і навіть відмова від буріння деяких з них, неминуче вимагатиме коригувань схеми кустованія, часом істотних. Таким чином, проект кустованія родовища буде жити і видозмінюватися стільки часу, скільки буде здійснюватися будівництво свердловин на даному родовищі.
Представлена ​​технологія проектування траєкторій похило-спрямованих, горизонтальних і багатозабійного свердловин [2], а також технологія підготовки та супроводу схем кустованія родовищ реалізовані в ряді програмних продуктів компанії «Петровайзер», останній з яких - «Проектування траєкторій свердловин» (свідоцтво про державну реєстрацію програми для ЕОМ №2015614012 від 1.04.2015 р) консолідував в собі більш ніж десятирічний досвід створення програмного забезпечення та надання послуг в цій галузі.
Мал. 6 ілюструє схему кустованія одного з родовищ, розроблену на базі цього продукту.
Дана технологія і програмне забезпечення цілком можуть стати основою для розрахунку варіантів розробки, буріння і облаштування родовищ в ході концептуального проектування [3].

ТОВ «Петровайзер»
170002, Твер, вул. Макарова, д. 4, корп. 2 А
Тел .: (4822) 589-331, тел. / Факс: (4822) 589-341
[email protected]

1. Помилки А.В., водорізом Д.Д., Двойников М.В. Аналіз результатів досліджень профілів похило-спрямованої свердловини на основі трансцендентних кривих // Нафта і газ. 2014. №3.
2. Харламов К.М., Шешукова, Г.Н., Нестерова Т.Н. Поздеев І.А. Проектування схем разбуривания родовищ горизонтальними і багатостовбурний свердловинами // Буріння і нафту. 2005. №10.
3. Карачёв A.А., Карсаков В.А., Кудрявцев. І.А., Третьяков С.В. Оптимізація капітальних витрат на будівництво свердловин при концептуальному проектуванні розробки родовища / Будівництво та ремонт свердловин -2013: Зб. доп. Міжнародній науково-практичній конференції / Краснодар: ТОВ «Науково-виробнича фірма« Нітпо », 2013. 128 с.

1. Oshibkov AV, Vodorezov DD, Dvoinikov MV Analysis of the results of research profiles directional wells on the basis of transcendental curves // Oil and gas. 2014. No. 3.
2. Kharlamov KN ,. Sheshukova GN, Nesterov TN, Pozdeev IA Designing circuits drilling fields horizontal and multilateral wells / Drilling and oil. 2005. No. 10.
3. Karachev AA, Karsakov VA, Kudriavtsev IA, Tretiakov SV Optimization of capital construction costs for wells in the conceptual design of field development / Construction and repair of wells -2013: International scientific-practical conference. Collection of reports / Krasnodar: Scientific-production firm «Nitpo» LLC, 2013. 128 p.

авторизація

Нестерова Т.Н.

к.т.н., перший заступник генерального директора

ТОВ «Петровайзер»

Поздеев І.А.

керівник проектів

ТОВ «Петровайзер»

Ключові слова: оптимізація траєкторій свердловин, кущова площадка, схема кустованія, програма «Проектування траєкторії свердловин», ТОВ «Петровайзер»

Keywords: optimization of well trajectories, cluster site, well pad diagram, the program «Design of trajectory wells», «Petrovaizer» LLC

Переглядів статті: 5129