# # # # # #

Оборудование и технологические возможности добычи сланцевого газа

Л.М.Груздилович, председатель Совета Группы ФИД
Н.А.Демяненко, директор БелНИПИнефть РУП "ПО "Белоруснефть"

«Время колтюбинга», № 39, 2012 г.

По данным World Energy Outlook 2010 (www.worldenergyoutlook.org), самые большие мировые залежи нетрадиционных источников газа находятся в США, России, Австралии, на Ближнем Востоке и в Китае. За этими странами следуют Канада, Индия, Германия, ЮАР, Украина, Казахстан. Значительную долю, более 50%, из указанных залежей занимают запасы сланцевых газов, которые, по оценке МАГАТЭ, составляют более 450 трлн м3. При этом запасы «традиционного» газа — по разным оценкам составляют от 178 до 213 трлн м3.

Опираясь на приведенные данные по запасам сланцевых газов, можно утверждать, что вопросы их добычи, учитывая существующие в настоящее время цены на газовом рынке, являются достаточно актуальными.

Известно, что первая коммерческая скважина в сланцевых пластах была пробурена еще 1821 году, штат Нью-Йорк, США, однако промышленная добыча сланцевого газа началась в 1981 году на месторождении Barnett Shale США. Мировым лидерам в области разработки сланцевых месторождений понадобилось еще около 20 лет, прежде чем добыча сланцевых газов стала полномасштабной. Это произошло в начале 2000-х годов, после того как при разработке сланцевых месторождений стали бурить горизонтальные скважины и применять технологию гидроразрыва пластов.

К указанному очень важно добавить, что месторождения сланцевых газов имеют свои особенности, свои плюсы и минусы.

Так, к основным положительным факторам, расширяющим перспективы добычи углеводородного сырья на сферу добычи сланцевых газов, можно отнести:

Однако при этом существует ряд факторов, сдерживающих повсеместную промышленную разработку месторождений сланцевых газов. К таким факторам можно отнести следующие:

Резервы повышения эффективности добычи сланцевых газов

Рассматривая полный комплекс работ по освоению месторождений сланцевых газов, можно выделить следующие основные этапы:

  1. Выбор месторождения и моделирование процесса разработки.
  2. Определение схемы размещения скважин.
  3. Бурение вертикальных стволов.
  4. Бурение боковых горизонтальных стволов.
  5. Освоение боковых горизонтальных стволов — проведение многоэтапных ГРП.
#

Рис.1. Распределение стоимости cтроительства и освоения скважин для добычи сланцевого газа по статьям затрат

Наиболее трудоемкими и затратными из приведенных этапов являются этапы бурения и освоения боковых горизонтальных стволов. При этом затраты на бурение и стимулирование притока примерно одинаковы. Диаграмма на рисунке 1 отражает укрупненный состав работ, относящийся к бурению и стимулированию притока, с указанными долями затрат от общего объема работ.

Можно констатировать, что необходимые резервы повышения эффективности добычи сланцевых газов лежат именно в указанных работах. Значительное снижение затрат на проведение работ по бурению и стимулированию притока газа, а также повышение производительности скважин существенным образом скажется на эффективности добычи углеводородного сырья из сланцевых залежей. Достичь значимых результатов в данном случае можно, только используя современные эффективные технологии и высокотехнологичное оборудование, о котором мы расскажем ниже.

Бурение скважин

Технология бурения скважин на сланцевый газ предполагает бурение вертикальных стволов, в которых вырезаются окна и осуществляется бурение боковых горизонтальных стволов. Технология и оборудование для бурения вертикальных стволов сегодня на высоком техническом уровне освоены практически всеми специализированными сервисными нефтегазовыми компаниями. Бурение горизонтальных стволов может осуществляться как с использованием традиционных буровых комплексов, так и с использованием колтюбингового оборудования. При этом особенно важное значение для повышения эффективности добычи углеводородного сырья имеет бурение в условиях депрессии на продуктивный пласт.

История освоения месторождения Barnett (США), как уже упоминалось выше, свидетельствует о том, что масштабная добыча сланцевого газа стала возможной только после того, как было освоено горизонтальное бурение. Использование же технологии направленного колтюбингового бурения, в том числе в условиях депрессии на продуктивный пласт, обеспечит значительное повышение эффективности добычи сланцевого газа.

Колтюбинговое бурение на депрессии обладает рядом существенных преимуществ, среди которых:

#

Рис.2. Колтюбинговый комплекс для направленного бурения

Учитывая данное обстоятельство, можно отметить, что колтюбинговое бурение в условиях депрессии на продуктивный пласт является одним из наиболее перспективных методов, обеспечивающих значительное снижение затрат на бурение и повышение его эффективности.

В общем случае такой комплекс для колтюбингового бурения может включать следующее оборудование (рисунок 2):

#

Рис.3. Распределение стоимости cтроительства и освоения
скважин для добычи сланцевого газа по статьям затрат

Для бурения скважин глубиной более 3000 м могут быть использованы колтюбинговые установки тяжелого класса (рисунок 3) с механизмами подачи длинномерной трубы с тяговым усилием 36 и более тонн. Диаметр длинномерной трубы, используемой для такого бурения, может быть от 60,3 мм и более. Все оборудование может быть реализовано как на транспортной базе, так и в блочном исполнении. Однако, учитывая значительные объемы работ по бурению без смены места расположения оборудования, более дешевым и, следовательно, более эффективным может быть именно блочный вариант исполнения оборудования.

Устьевое сборное основание, используемое при таком бурении, предназначено для позиционирования механизма подачи длинномерной трубы на скважине, а также используется при спуске КНБК в скважину. Сегодня существуют несколько типов устьевых сборных оснований. Выбор устьевого сборного основания в каждом конкретном случае осуществляет буровая компания на основании принятых схем работы и условий выполнения работ на месторождении.

Одним из наиболее важных элементов в составе комплекса для бурения, обеспечивающим безопасность проведения работ, является комплект противовыбросового оборудования. В общем случае он включает:

Условия месторождения сланцевого газа определяют требования к рабочим давлениям устьевого и другого оборудования, используемого при бурении.

#

Рис.4. Двухпоточная насосная установка

Для обеспечения непрерывного и безопасного процесса бурения одним из наиболее эффективных решений может быть использование двухпоточных насосных установок (рисунок 4). Такие установки обеспечивают надежную и безопасную подачу бурового раствора по каждому из двух потоков независимо друг от друга или создавая единый поток технологической жидкости.

Для обеспечения гидростатического давления от бурового раствора ниже пластового в буровой раствор подается азот. Для этих целей в большинстве случаев эффективнее применять азотные установки криогенного типа.

Одним из главных элементов комплекса, обеспечивающим направленное бурение боковых стволов, является система направленного бурения (СНБ), включающая специальную КНБК, комплект наземного оборудования и специальное программное обеспечение. СНБ обеспечивает проводку ствола скважины по заданной траектории по команде телеметриста-оператора. В процессе проводки скважины осуществляется регистрация и запись следующих параметров:

#

Рис.5. Система управления комплексом

Программное средство обеспечивает регистрацию, визуализацию и формирование отчетов по регистрируемым параметрам в удобном для восприятия и анализа виде.

Управление комплексом при бурении осуществляется из станции контроля и управления, на которую поступает вся необходимая информация для управления процессом бурения. Информация на станцию контроля и управления поступает от колтюбинговой, насосной и азотной установок, блока дегазации и очистки, блока дросселирования и др. элементов комплекса (рисунок 5).

Поступившая информация обрабатывается, анализируется и является исходной для принятия решений по бурению.

Стимулирование притока сланцевого газа

Вторую половину объема затрат на разработку месторождений сланцевых газов составляют работы по стимулированию притока в пробуренных горизонтальных стволах, которые должны обеспечить максимально эффективное сообщение ствола скважины с газонасыщенными микротрещинами пласта.

Характерные особенности оборудования и технологии ГРП таковы:

#

Рис.6. Комплекс оборудования для ГРП

В состав комплекса для ГРП входят следующие основные составные элементы (рис. 6):

#

Рис.7. Схема создания системы фильтрационных каналов

Использование при освоении месторождений сланцевых газов технологии создания с помощью гидромониторного разрушения в продуктивном пласте протяженных (до 100 м) каналов фильтрации небольшого диаметра с углом наклона к оси скважины, близким к 90°, является альтернативой строительству многозабойных скважин (рисунок 7). В таком случае при существенно меньших затратах можно добиться:

Работы по созданию глубокопроникающих каналов фильтрации выполняются с использованием специальной колтюбинговой установки, использующей длинномерную трубу диаметром 12,7 или 15,6 мм.

Эффективность добычи сланцевых газов во многом зависит от поддержания фонда скважин в рабочем состоянии, что в значительной степени успешно может быть осуществлено при адресном освоении и исследовании боковых стволов скважин с колтюбингом.

#

Рис.8. Схема освоения и интенсификации притока стволов
многоствольной сважины с механизмом ориентации гибкой трубы

Для выполнения таких работ может быть эффективно использован механизм для ориентации гибкой трубы в многоствольной скважине (рисунок 8). Такое оборудование позволяет вести селективную обработку каждого из стволов многоствольной скважины, не оказывая влияния на соседние стволы.

Выводы

Подводя краткие итоги обзора существующих сегодня технологий и оборудования для промышленной разработки сланцевых месторождений, можно отметить следующие, с нашей точки зрения, наиболее существенные моменты:

  1. Что будет после того, как закончится природный газ? Будут сланцевый газ, угольный метан и другие не освоенные сегодня источники углеводородов.
  2. В настоящее время целесообразно опробовать добычу сланцевого газа в виде пилотных проектов с целью накопления опыта разработки и оценки экологических рисков.
  3. Главным вопросом, который определит будущее сланцевых и других нетрадиционных газов, является экономическая эффективность добычи.
  4. В настоящее время существуют технологии и комплексы оборудования для эффективного и экономически рентабельного освоения месторождений сланцевых газов.*
  5. В ближайшем будущем, по мере накопления опыта и требований технологов, направленных на высокоэффективную добычу, оборудование будет совершенствоваться, становиться все более приемлемым по цене и функциональным характеристикам.

*Сегодня полные комплексы оборудования для направленного колтюбингового бурения и оборудования для стимулирования притока производятся предприятиями Группы ФИД, а также совместно с РУП «ПО «Белоруснефть» могут быть выполнены работы как по бурению, так и освоению скважин на месторождениях сланцевых газов.


< < Вернуться к списку статей