CC BY
141
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 622.013
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ ПРИ БУРЕНИИ ПРОТЯЖЕННЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В АРКТИКЕ
Г.В. БУСЛАЕВ*, В.С. ПЫСТИН**, В.В. УДОРАТИН***, А.С. ШЕРГИН****
*Проектный институт нефти и газа Ухтинского государственного технического университета, г.Ухта
**Филиал "Ухта бурение" ООО «Газпром бурение», г. Ухта ***Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар ****ООО «ГеоБурТех», г.Сыктывкар [email protected]
В статье предложена концепция бурового комплекса XXI в. с наклонным расположением вышки. Классифицированы месторождения Арктического шельфа РФ в районе северо-восточного шельфа Баренцева моря, шельфа Печорского и Карского морей, шельфа Обско-Тазовской губы, разработка которых может быть осуществлена скважинами с большими отходами забоя от устья. Описана проблема определения положения ствола скважины, связанная со специфическими условиями магнитосферы Земли в высоких широтах. Приведены анализ патентной проработки и зарубежный опыт решения данной проблемы.
Ключевые слова: бурение протяженных горизонтальных скважин, буровой комплекс, магнитосфера, забойная телеметрическая система, магнитная обсерватория, Арктика
G.V. BUSLAEV, V.S. PYSTIN, V.V. UDORATIN, A.S. SHERGIN. DETERMINATION OF THE WELLBORE POSITION BY MEASURING OF THE EARTH'S MAGNETIC FIELD WHILE LONG HORIZONTAL WELLS DRILLING IN THE ARCTIC
Drilling of a horizontal well from the shore of the offshore field at 8 km distance in the sea of 1500 m depth below sea bottom gives approximately 40% of savings in capital and operating costs, as compared to traditional drilling from a fixed platform. Economical effectiveness is proved by horizontal extended reach well drilling experience in the Sakhalin Island shelf. Development of the Arctic shelf of the Russian Federation, due to complexity of geographical, climatic and environmental conditions requires non-traditional innovative approaches for the field development. One of the ways for development of Arctic reserves is implementation of a drilling complex with tipping tower, developed at Ukhta State Technical University. Drilling complex of XXI century will allow for prospecting and exploration of minerals in rocks by a hemisphere with a radius of more than 15000 m, thus excluding or limiting the technologies associated with the construction of platforms, and use of floating drilling rigs. Application of the complex will provide maximum concentration of economic activity at well clusters during searching, exploration, development and transportation of hydrocarbons, which is especially important for hard-to-reach regions. Deposits of the Arctic shelf of the Russian Federation in the north-eastern shelf of the Barents Sea, shelf of the Pechora and Kara seas, offshore of the Ob and Taz Bays were classified. Their development can be carried out using horizontal extended reach wells from the shore or artificial islands. Accurate wellbore positioning is essential to locate and produce the resources in the Arctic. Unfortunately, high latitudes associated with drilling in the Arctic, pose a problem concerning standard geomagnetic surveying techniques. First of all, at high latitudes the accuracy of standard MWD survey may be inaccurate due to low values of the horizontal magnetic fields. The paper provides an extended description of this problem and the direction of development of approaches to its solution.
Keywords: drilling, ERD wells, downhole telemetry system, MWD, geomagnetic observatory, anti-collision safety, surveying uncertainty in the Arctic
Введение
Бурение горизонтальной скважины с берега шельфового месторождения на расстоянии 8 км в море глубиной до 1500 м ниже уровня морского дна дает до 40% экономии капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с традиционным бурением со стационарной платформы [1]. Экономическая эффективность подтверждается опытом бурения с суши горизонтальных скважин с большими отходами от вертикали на шельфе о. Сахалин.
Работами В.Ф.Буслаева, С.А.Кейн, В.П.Пяти-брата, И.Н.Василенко, С.О.Урсегова, Д.Р.Молока-нова, В.Л.Вдовенко, В.М.Юдина и др. [2-4], проведенными в Ухтинском государственном техническом университете (УГТУ), обоснована необходимость бурения горизонтальных скважин с отношением толщины пласта h к длине горизонтального ствола L меньше 0,1 (h/L<0,1). Тем самым прослеживается переход от парадигмы XX в. - «Бурить глубже!» (Кольская сверхглубокая скважина СГ-3, глубина по вертикали 12 262 м, начало бурения 1970 г.) к парадигме XXI в. «Бурить вдоль!» (международный проект Сахалин-1: «Роснефть» - 20%, ExxonMobil - 30%, SODECO - 30%, ONGC Videsh Ltd - 20%), скважина О-14, глубина по стволу 13 500 м, отход от вертикали 12 000 м, 2015 г.). Как отметили в компании ОАО «НК «Роснефть», пробурить скважину глубже практически невозможно — О-14 близка к лимиту технических возможностей мировых технологий бурения. А это значит, что изменение парадигмы соответственно должно привести к появлению новой техники и технологии.
В табл. 1 представлено сравнение качественных характеристик бурения вертикальных и горизонтальных скважин [5]. Для сравнения за базовый берется самый мощный в мире вертикальный буровой станок «Ястреб» компании ExxonMobil, работающий на проекте Сахалин-1, для которого достигнут лимит по протяженности скважин из-за несоответствия требованиям парадигмы XX в.
Таблица 1
Сравнение качественных характеристик [по: 5]
№ п/п Характеристика Парадигма XX в. -«Бурить глубже!» Парадигма XXI в. -«Бурить вдоль!»
1 Оптимальное расположение буровой вышки вертикальное наклонное
2 Требуемая грузоподъемность для бурения скважины 15 км 500 т 70 т
3 Длина свечей 36 м 100 м
4 Время СПО 92 ч 33 ч
5 Опрокидывающий момент при ветровой нагрузке 10,3 МН*м 4,82 МН*м
нетрадиционных подходов освоения месторождений. Одним из подходов к освоению арктических ресурсов может стать буровой комплекс с наклонным ставом, разработанный в УГТУ. Буровой комплекс XXI в. позволит обеспечить поиск и разведку полезных ископаемых в массиве горных пород по полусфере с радиусом более 15 тыс. м, исключив или ограничив технологии, связанные со строительством платформ и использованием плавучих буровых установок. Применение комплекса обеспечит максимальную концентрацию хозяйственной деятельности на кустах при поиске, разведке, разработке и транспорте углеводородов, что особенно актуально для труднодоступных районов.
Буровой комплекс включает в себя наземное и забойное оборудование, показатели которого обоснованы промысловыми и теоретическими исследованиями энергетических и нагрузочных характеристик технологического процесса бурения горизонтальной скважины диаметром 140 мм и протяженностью 15 тыс. м с глубиной заложения ствола 1500 м в экстремальных условиях Крайнего Севера [6].
Предлагаемая технология может применяться для кустовой разработки шельфовых месторождений с искусственных островов, особенно это актуально в районах с тяжелой ледовой обстановкой и небольшими глубинами (рис. 1).
Нефтегазовые месторождения Российской Федерации в районе северо-восточного шельфа Баренцева моря, шельфа Печорского и Карского морей и Обско-Тазовской губы сгруппированы по принципу их перспективности для разработки бурением скважин при помощи предлагаемого бурового комплекса с отклонением от вертикали до 15 км.
I. Часть шельфового месторождения находится на суше:
Песчаноозерское
Харасавейское
Крузенштернское
Южно-Тамбейское
Утреннее
Хамбейское
Юрхаровское,
Тасийское
Песчаноозерское
и др.
II. Месторождения находятся на расстоянии до 15 км от берега:
Поморское
Варандей-море
Медынское
Полярное
Каменномысское
Северо-Каменно-
мысское-море
и др.
III. Глубина моря в месте расположения залежи не превышает 25 м:
Поморское
Полярное
Медынское
Приразломное
Северо-Гуляев-
ское
Варандей-море Долгинское и др.
Актуальность проблемы
В силу сложности географических, климатических и экологических условий при разработке Арктического шельфа РФ необходимо применение
Месторождения сгруппированы по трем категориям:
Месторождение частично находится на суше, а частично - на шельфе. Такое расположение является оптимальным, т.к. позволяет начать разработку континентальной части залежи, а затем, используя готовую инфраструктуру, подключить к разработке и шельфовую часть.
Месторождение находится на шельфе, а его часть располагается в пределах 15 км от берега. Это позволяет разрабатывать залежь сначала с суши горизонтальными скважинами, а затем с
1 - наклонный буровой комплекс XXI в., расположенный в ангаре; 2 - искусственный остров; 3 - льды; 4 - морская вода; 5 - морское дно; 6 - переход под морским дном с инженерными коммуникациями и трубопроводом; 7 - разработка неглубоко залегающих запасов горизонтальной скважиной; 8 - разработка шельфовых запасов под морским дном.
платформ или искусственных островов непосредственно в море.
Месторождение находится на шельфе на расстоянии более 15 км от берега, но глубина моря не превышает 25 м. Для разработки таких залежей целесообразно использовать кустовой метод строительства горизонтальных скважин с ледо-стойких искусственных островов по схеме, представленной на рис. 1 [7].
Особенности строительства протяженных горизонтальных скважин
Строительство столь протяженных скважин требует знания точной ориентации компоновки низа бурильной колонны (КНБК), соотнесенной по вертикали (зенитный угол) и истинному северу (азимут). Для получения этих критически важных данных при измерениях в стволе скважины в процессе бурения с использованием забойной телесистемы необходимо иметь данные о направлении гравитационного и магнитного поля Земли в качестве естественной системы координат. В связи с этим при бурении в арктических условиях описанных выше скважин необходимо учитывать отличия и сложности наклонно-направленного бурения. Они заключаются в том, что в высоких широтах мощность горизонтальной составляющей геомагнитного поля снижается, что усугубляет воздействие любых источников погрешностей, которые накопились при проведении измерений.
Принцип работы инклинометрического датчика (зонда) забойной телеметрической системы. Зонд забойной телеметрической системы может в процессе бурения производить замеры для определения зенитного угла и азимутального направления ствола скважины в заданной точке, после анализа работы КНБК инженер по бурению может спланировать дальнейшую работу.
Магнитные датчики должны эксплуатироваться в немагнитной среде, т.е. внутри немагнитной утяжеленной бурильной трубы (НУБТ). В современ-
ных зондах используется электронный компас -твёрдый, самостоятельный прибор для инклино-метрии ствола скважины, который фиксирует магнитные и гравитационные поля Земли.
Зенитный угол определяется с помощью акселерометра силы тяжести (гравиметра), который измеряет параметры гравитационного поля Земли в осях x, у и z (рис. 2). Ось z расположена вдоль оси инструмента, ось x - перпендикулярно оси z и на одной линии с Т-образной прорезью, а ось у перпендикулярна к x и z. По сумме векторных составляющих можно определить зенитный угол.
Рис. 2. Схема сочетания в зонде забойной телеметрической системы акселерометра и магнитометра
Азимут ствола скважины измеряется в зонде телесистемы индукционными магнитометрами. Индукционные магнитометры определяют составляющие магнитного поля Земли ортогонально, т.е. по тем же трём осям, что и акселерометры. По сумме замеров векторных составляющих магнитного поля может быть определён азимут ствола скважины. Магнитометр имеет в своем составе две противоположные обмотки на двух сердечниках из магнитного сплава (рис. 3). При подаче на обмотки
Сердечники из мю-металла
Обмотки
Рис. 3. Принципиальная схема магнитометра (индукционного).
переменного тока создаётся переменное магнитное поле, которое намагничивает стержни из мю-металла (магнито-мягкий сплав никеля (77%), железа (16%), меди (5%) и молибдена или хрома (2%)). Магнитометр обладает исключительно большой магнитной проницаемостью при незначительном внешнем магнитном поле. Любое внешнее магнитное поле, параллельное обмотке, будет обусловливать более быстрое насыщение одной из обмоток по сравнению с другой, а разница во времени насыщения представляет силу внешнего поля.
Применение зондов забойной телеметрической системы позволяет в режиме реального времени передавать с забоя на поверхность навигационные параметры: зенитный угол, азимутальный угол, угол установки отклонителя, напряженность магнитного поля.
Направление напряжённости магнитного поля определяется тремя составляющими по осям X, Y, Z в прямоугольной системе координат (рис. 4). Магнитное поле Земли можно описать и горизонтальной составляющей напряжённости Т, магнитным склонением D (углом между Т и плоскостью географического меридиана) и магнитным наклонением I (углом между Т и плоскостью горизонта).
А 0 и1 у
Рис. 4. Составляющие магнитного поля Земли.
Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В, представляющая собой векторную величину. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением силы, действующей на северный полюс магнита, помещенного в данную точку магнитного поля.
Магнитная индукция связана с напряженностью магнитного поля соотношением:
в =ццлт.
где И - магнитная проницаемость среды; ДОо- магнитная постоянная.
Исходя из вышеприведённой формулы, можно утверждать, что В~Т. В итоге, на практике для определения направления вектора магнитного поля Земли измеряют две его составляющие по оси X и оси Y (в горизонтальной плоскости), а затем вычисляют угол ф на основании следующей формулы
Ту
Тх Т со« <р
Сложность определения положения ствола в высоких широтах. При меньшей горизонтальной геомагнитной составляющей в арктических широтах присутствует усиливающееся влияние осевых и перекрестно-осевых помех от бурильной колонны и/или воздействия бурового раствора. Компоновки низа бурильной колонны, которые по своим магнитным характеристикам приемлемы в более низких широтах, в арктических условиях могут привести к существенным неточностям.
Магнитное поле Земли можно разделить на три части: основное (внутреннее) поле, переменное (внешнее) магнитное поле Земли и магнитные поля локальных областей внешних оболочек земной коры. Все три компонента присутствуют в измерениях магнитного поля на поверхности Земли.
1. Основное поле Земли образовывается в результате внутреннего магнитного динамо, что приводит к формированию поля диполя. Это самая значимая компонента поля Земли. Наблюдаемые значения поля на поверхности Земли на 90 % состоят из этой компоненты.
2. Магнетизм коры диктуется электромагнитными процессами, протекающими в коре Земли, и остаточным магнетизмом в породах коры. Эти процессы происходят за счет индукции в земной коре от естественных или искусственных электрических полей. Последний вид магнетизма связан с "консервацией" магнитного поля в породе, температура которой опускается ниже точки Кюри (для большинства пород - приблизительно 650°С), сохраняя ориентацию внешнего поля в момент остывания.
3. Переменное магнитное поле, известное также как внешнее, генерируется в ионосфере и магнитосфере и вызвано магнитогидродинамиче-скими процессами, включающими воздействие солнечного ветра, магнитного поля межпланетного пространства и магнитного поля Земли.
Внешнее магнитное поле является источником наибольшего шума в геофизике. Энергия помех внешнего поля намного превосходит энергию шума от техногенных полей [8]. Внешнее поле изменяется в широком диапазоне частот (от
широком диапазоне частот (от 10-4 Гц до 104 Гц) и в большом диапазоне амплитуд (от 10-1 до 103 нТ). Кроме того, амплитуда поля растет с широтой [9], а из-за уменьшения горизонтальной составляющей вектора магнитного поля усложняется определение азимута при помощи зонда забойной телесистемы (рис. 5).
Рис. 5. Схема увеличения погрешности определения азимута с увеличением географической широты.
Магнитные бури могут быть ежедневными, амплитуда поля при этом меняется на сотни нано-тесла. Ультранизкочастотные волны, известные также как пульсации, имеют период порядка нескольких минут и могут быть непрерывными в течение дня с амплитудой от 5 до 20 нТ. В области высоких широт поле с амплитудой 50 нТ может менять величину магнитного наклона до 1/3 градуса. Более того, во время магнитной бури возмущения магнитного поля могут привести к изменению угла магнитного склонения на несколько градусов или даже больше (рис. 6).
DED Declination - April 5, 20Ю
3
"о 5 ф 9 12 15 10 21 24
Hours (UT>
Рис. 6. График относительного изменения угла магнитного склонения более 7 градусов (5 апреля 2010 г., Аляска).
Отечественный и зарубежный опыт повышения точности геомагнитной привязки при бурении скважин в арктических условиях
Патентный анализ материалов ФИПС РФ показал, что тема в России не затрагивалась и проблема в полной мере не изучена. В период 50 -70 гг. XX в. разработки велись в области инклинометров. В 70-е - 90-е гг. разрабатывались гироскопы и гироскопические телесистемы. Последние два
десятилетия развитие получило направление забойных телеметрических систем (ЗТС). Среди этих работ отсутствуют изобретения, учитывающие воздействие магнитных бурь и других помех на измерение азимутального положения скважины. При этом на первый взгляд, самыми независимыми от магнитного поля могут быть гироскопические телесистемы. Но их использование для бурения горизонтальных скважин с большим горизонтальным участком вызывает серьезные трудности. Самым уязвимым местом является громоздкость конструкции, использование каротажного кабеля и чувствительность к вибрациям. Кроме того, эксплуатационные параметры этих телесистем достигаются за счёт снижения метрологических характеристик.
В связи с этим возникает потребность в изучении зарубежного опыта, который может стать отправной точкой для развития импортозамещающих технологий. В результате анализа зарубежной литературы было выявлено два направления исследований для решения поставленной задачи.
1. Норвежскими учеными проведены исследования [11-12] влияния помех от колонны бурильных труб и экранирующих свойств буровых растворов на точность замера направления вектора магнитного поля телесистемой. Основными причинами повышения экранирующих свойств буровых растворов являются:
• Загрязнение в добавках к буровым растворам. Утяжелитель и минеральные добавки могут содержать магнетит, который не должен превышать 0,3 %;
• Значительный износ от пневматической подачи добавок к буровому раствору на буровой. Эти частицы сложно удалить с помощью желобных магнитов;
• Значительный износ от циркуляции утяжеленных буровых растворов в обвязке и бурильных трубах. Мелкие частицы, которые трудно удалить с помощью желобных магнитов;
• Износ внутри скважины. Контакт бурильных труб с обсадной колонной приводит к износу. Стружка (продукты износа) может быть удалена с помощью желобных магнитов.
В результате были разработаны мероприятия, которые реализуются при бурении на Баренцевом море. Отмечается, что при бурении вдоль направления Север-Юг отклонение забоя по горизонтали может достигать до 100 м, а вдоль направления Запад-Восток - до 200 м.
2. В 2010 г. в Прудо-Бей на Аляске компанией Schlumberger при сотрудничестве с Геологической службой США была основана обсерватория Дед-хорс (DED). В 2012 г. она вошла в международную сеть ИНТЕРМАГНЕТ, а получаемые данные использовались во время бурения на месторождении Никаичук для внесения поправок при геомагнитной привязке в масштабе реального времени. Для расчета углов склонения и наклонения на глубине используются данные, записанные с интервалом в 1 мин и 1 сек, в сочетании с моделями для использования в программах для интерпретации замеров забойной телесистемы.
Представленные графики 7 и 8 демонстрируют оперативное применение геомагнитных данных для улучшения точности измерений в процессе бурения. На рис. 7 показано сравнение «сырых» (первичных) данных абсолютного значения вектора магнитной индукции и магнитного склонения с главной моделью магнитного поля, показанной линией 2. Линии 3 выше и ниже линии 2 отображают предельные параметры, определяемые критериями отбраковки данных, которые используются в качест-
ве первого этапа контроля качества для обеспечения приемлемой точности измерений. Учитывая непредсказуемый характер отмеченных значений, а также пересечение кривых предельных параметров, выполнение бурения с гарантией качества в данном случае невозможно. Разброс данных может указывать на отказ инструмента, приближение к другому стволу, наличие магнитного минерала в буровом растворе, магнитных осадочных отложений и прочие нештатные ситуации.
На рис. 8 сравниваемые данные о магнитном поле привязываются к измерениям, проводимым в режиме реального времени в DED, а не просто к главной модели. По этим графикам хорошо прослеживается соответствие данных, полученных магнитометрами в ходе внутрискважинных замеров, и измерениями магнитометров в DED. Здесь уже видно, что расхождения в измерениях магнитного поля в скважине вызваны изменениями в геомагнитном поле, что демонстрирует высокую достоверность данных магнитометров для MWD. Очевидно, что остановка процесса бурения не требуется. Корреляция в реальном времени данных, полученных с забоя и обсерватории, показывает высокую надежность системы контроля.
Корреляция между измерениями с забоя и обсерватории дополнительно контролирует данные обсерватории. В частности, корреляция вектора магнитной индукции и угла падения указывает на то, что значение магнитного склонения, полученного из обсерватории DED, может использоваться вместо значения, предоставляемого менее точной главной моделью магнитного поля [10].
3200 4000 4800 5600 6400
Глубина в метрах
Рис. 7. Графики данных ЗТС (1) с привязкой к основной модели (2) и приемлемые пределы (3) [по: 12].
58239
nT
57639
57039
3200
Г 81,9
Р
а
д 71,4
У
с 70,9 70.4
3200
Напряженность магнитного поля
4000
4000
4800 Глубина в метрах
Магнитное склонение
5600
4800 Глубина в метрах
5600
0а1*
6400
Dala
-R*l
6400
Рис. 8. Графики данных ЗТС (1) с привязкой к DED (2) и приемлемые пределы (3) [по: 12].
1
2
3
Международная сеть магнитных обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ
Регулярные геомагнитные наблюдения проводятся с целью решения широкого круга задач физики Земли и солнечно-земных связей, радиофизики и экологии, геологии и геологоразведки. Данные повышенной точности от наземной сети магнитных обсерваторий необходимы для привязки спутниковых магнитных измерений. Главным потребителем информации о состоянии геомагнитного поля Земли в РФ остается Российская академия наук и поэтому значительная часть сети магнитных обсерваторий находится в ее ведении. Велика роль РАН в организации этих наблюдений, поскольку она обеспечивает методическую поддержку и технологическое развитие новых измерительных приборов и систем обработки информации. Кроме того, большую заинтересованность в оперативных магнитных данных имеет Гидрометцентр России, в ведении которого также находится ряд магнитовариа-ционных станций. Естественно, непрерывный поток оперативной информации поддерживается круглосуточной работой сети магнитных обсерваторий.
Между тем, в развитых и развивающихся странах сеть магнитных обсерваторий неуклонно расширяется, а методы измерений совершенствуются. Реализован проект ИНТЕРМАГНЕТ по созданию глобальной сети цифровых магнитных обсерваторий. Современный этап развития геомагнитных измерений характеризуется широким внедрением информационных технологий, цифровыми методами регистрации и накопления данных, резким со-
кращением времени доступа потребителей к информации, вплоть до выставления данных магнитных обсерваторий в сети Интернет в режиме реального времени. Все это переводит работу обсерваторий и их взаимодействие с потребителями информации на новый качественный уровень, открывая новые области применения геомагнитных данных, например, по проблеме снижения риска от природных и техногенных катастроф. Параллельно растет чувствительность и помехозащищенность магнитно-вариационных наблюдений.
Приборы обсерватории измеряют постоянное магнитное поле Земли и переменное магнитное поле, изменения которого связаны с солнечной активностью. Измерения постоянного магнитного и переменного полей имеют не только теоретическое, но и практическое значение. Их используют военные, связисты, метеорологи и многие другие специалисты. Отслеживая вековой ход магнитного поля Земли и магнитные бури, ученые помогают как науке, так и практике решать свои задачи.
ИНТЕРМАГНЕТ характеризуется следующими особенностями:
• Международная федерация институтов, поддерживающих функционирование цифровых магнитных обсерваторий согласно современным стандартам;
• Регистрация минутных и секундных данных на многих обсерваториях;
• Предварительные (необработанные) данные отправляются в течение 72 ч после регистрации; многие обсерватории отправляют данные в режиме, близком к реальному времени;
Федеральные округа России Обсерватории сети МТЕЯМАСЫЕТ С 3 Утвержденные места установки обсерваторий
Гидрография Обсерватории РОСГИДРОМЕТ Ц Возможные места установки обсерваторий
Рис. 9. Карта перспектив развития ИНТЕРМАГНЕТА.
• Окончательные (обработанные) данные производятся ежегодно, через несколько месяцев после окончания года; некоторые обсерватории подготавливают квази-окончательные данные в течение нескольких месяцев после регистрации.
Минимальный набор инструментов, входящих в комплект согласно требованиям ИНТЕРМАГНЕТ, включает в себя:
1. Феррозондовый магнитометр на немагнитном теодолите (деклинометр/инклинометр) для измерения абсолютных значений магнитных склонения и наклонения;
2. Скалярный протонный магнитометр для измерения абсолютного значения полной напряженности магнитного поля Земли;
3. Векторный феррозондовый магнитометр (вариометр) для измерения вариаций компонент магнитного поля Земли;
4. Система сбора и регистрации данных (аппаратно-программный комплекс), поступающих с векторного и скалярного магнитометров в непрерывном режиме, и их точная временная привязка. [13, 14].
Перспективы освоения арктических ресурсов скважинами с большими отходами от вертикали
На полуострове Ямал филиал ООО «Газпром бурение» "Ухта бурение" осуществляет бурение как наклонных, так и пологих и субгоризонтальных сква-
жин. На сегодняшний день одним из самых сложных проектов является бурение разведочной скважины на Крузенштернском лицензионном участке находящемся на побережье Карского моря, а точнее, его залива Шарапов Шар. Конструкцией скважины предусмотрена проводка протяженного пологого участка на шельф Карского моря. Протяженность по стволу скважины составляет 4885 м, отход от вертикали - 3450 м, длина полого участка с зенитным углом 73° - порядка 3 тыс. м.
В перспективе возможно бурение подобных скважин и на других месторождениях Ямала. Сегодня широко обсуждается возможность кустового бурения горизонтальных скважин на Харасовей-ском месторождении как на шельф моря, так и на сушу с одного куста до десяти скважин. Сложность профилей скважин обусловлена большими отходами, горизонтальными окончаниями и высокими требованиями к качеству проводки скважин. Основными критериями для них являются требования к таким показателям, как: радиус круга допуска (до 50 м), отсутствие локальных углов перегиба, малая интенсивность набора зенитного и азимутального угла, вскрытие продуктивного пласта в заданной точке входа с целью получения высокого дебита. При данных требованиях погрешность в измерениях даже в 1% может привести к неблагоприятным последствиям в виде непопадания в круг допуска, пересечения стволов скважин и прочее. Ввиду дан-
ных факторов количество горизонтальных скважин с каждым годом будет только расти, а требования к ним усиливаться.
Заключение
В процессе бурения наиболее эффективный подход к выполнению расчетов, связанных с позиционированием скважинного ствола обеспечивают технологии инклинометрии. В северных широтах, где требования к точности проводки скважин крайне жесткие, основным препятствием в реализации проектов являются погрешности из-за наличия магнитного элемента при телесистеме. Учитывая наличие таких проблем, как воздействие помех буровой колонны, повышенная солнечная активность и ранее не моделированные аномальные процессы в земной коре, стандартные подходы для использования на самых сложных участках не годятся.
Повышение точности определения положения ствола скважины в высоких широтах должно включать целый комплекс мероприятий: построение карты магнитного поля с высоким разрешением с целью привязки азимутальных замеров телесистемы для учета влияния локальных аномалий магнитного поля; осуществление входного контроля компонентов бурового раствора для исключения попадания в него магнитных частиц; совершенствование системы очистки в целях уменьшения эффекта экранирования; подбор элементов компоновки низа бурильной колонны и учет их влияния на замеры телесистемы, чтобы сократить интерференцию бурового инструмента; контроль вариаций магнитного поля в масштабе реального времени с использованием данных ближайшей магнитной обсерватории или мобильной вариационной станции с привязкой к стационарной, чтобы учесть влияние магнитных бурь.
Для развития отечественной технологии геомагнитной коррекции целесообразно создание на территории Российской Арктики (например на п-ове Ямал) стационарных обсерваторий формата ИН-ТЕРМАГНЕТ. Создание подобных обсерваторий позволит обеспечить точность проводки траекторий и сократить риски пересечения стволов скважин при реализации российских арктических проектов по добыче нефти и газа, число и сложность которых будет расти с каждым годом. Кроме того, для обеспечения массовости и сокращения затрат на геомагнитную коррекцию целесообразно создание вблизи кустов буровых скважин в радиусе 25-50 км мобильных магнитовариационных станций с обязательной привязкой к ближайшим стационарным обсерваториям.
Литература
1. Кащавцев В.Е. Проблемы инновационного развития нефтегазовой промышленности России// Нефть новой России: Сборник научных трудов/Под ред. В.Ю.Алекперова. М.: Древлехранилище, 2007. С. 282-358.
2. Строительство скважин на Севере [Текст]: монография / В.Ф.Буслаев, П.С.Бахметьев,
С.А.Кейн, В.М.Юдин. Ухта: Изд-во УГТУ, 2000. 287 с.: ил.
3. Научное обоснование конструкции скважины с большой протяженностью горизонтального участка / С.А. Кейн, В.П. Пятибрат, В.Ф. Буслаев, И.М. Литвинкович // Нефтесервис. 2005. № 1. С. 24.
4. Рузин Л-M, Урсегов С.О. Новые технологии добычи высоковязких нефтей и битумов. // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2004. №7. С. 53 -58.
5. Буслаев Г.В., Буслаева О.Н., Молоканов Д.Р. Разработка техники и технологии строительства скважин для кратного уменьшения воздействия на окружающую среду при освоении арктических запасов углеводородов на суше и на море // Межрегиональная научно-практическая конференция «Роль университетов в реализации арктической стратегии России», 10-12 октября 2013 г.: Сборник статей. Сыктывкар, 2014.
6. Buslaev G.V. Drilling complex of XXI century for horizontal well drilling in the Arctic regions / G. V. Buslaev // Synergies: Industry, Education and Research. Challenges and Opportunities in the Light of 20 Years" Cooperation between Norway and Russia, 29-30 September 2011: Intern. Conf. Book of Abstracts. Norway : AIT Otta AS, 2011. С. 19-20.
7. Разработка наземного бурового комплекса для
бурения горизонтальных скважин с большими отходами от вертикали в арктическом исполнении / Н.Д. Цхадая, Г.В. Буслаев, О.Н. Буслаева, Д.Р. Молоканов// Статья SPE 166844 из материалов конференции SPE по разработке месторождений в осложненных условиях и Арктике. Москва, 15-17 октября, 2013.
8. Merrill R.T. and McElhinny, M.W. The Earth's Magnetic Field, Academic Press: London, 1983. 401 p.
9. Kaufman AA., and Keller G.V. The Magnetotel-luric Sounding Method, Elsevier: New York, 1981. 591 р.
10. Amundsen PA., Ding S., Datta B.K., Torkil-dsen T. and Saasen A., 2010. Magnetic shielding during MWD azimuth measurements and wellbore positioning. SPE Drilling & Completion, 25, 219-222.
11. Kristoffer Tellefsen, Arild Saasen, Arild Fjog-stad, Torgeir Torkildsen. The Effect of Drilling Fluid Content on Magnetic Shielding of Down-hole Compasses in MWDs. Paper SPE 150548 presented at the SPE Deepwater Drilling and Completions Conference, Galveston, Texas, USA, 20-21 June 2012.
12. Poedjono B., Beck N., Buchanan A., Borri L., Maus S., Finn C. A., Worthington E.W., White T. Improved Geomagnetic Referencing in the Arctic Environment. Paper SPE 166850 presented at the SPE Arctic and Extreme Environments Technical Conference and Exhibition. Moscow, 15-17 October 2013.
13. Gvishiani А., Lukianova R, Soloviev А., Kho-khlov А. (2014), Survey of Geomagnetic Observations Made in the Northern Sector of Russia and New Methods for Analysing Them, Surveys in Geophysics, 35 (5), pp. 1123-1154, doi: 10.1007/s10712-014-9297-8.
14. Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Геоинформатика и наблюдения магнитного поля Земли: российский сегмент // Физика Земли. 2015. № 2. С. 3-20.
References
1. Kashchavtsev V.E. Problemy innovacionnogo razvitiya neftegzovoi promyshlennosti Rossii [Problems of petroleum industry development in Russia]// Neft' novoi Rossii [Oil of new Russia]. Statute book. Collection of proceedings/ Ed. V.Y.Alekperov. Moscow: Drevlehra-nilishche, 2007. - P. 282-358.
2. Stroitel'stvo skvazhin na Severe [Construction of wells in the Far North]: monograph / V.F. Buslaev, P.S. Bakhmetiev, S.A. Kein, V.V. Yudin. Ukhta: UKhta State Techn. Univ. Publ., 2000. - 287 p.
3. Nauchnoe obosnovanie konstrukcii skvazhiny s bolshoi protyazhennostyu gorizontalnogo uchastka [Scientific substantiation of well design with long horizontal section] / S.A. Kein, V.P. Pyatibrat, V.F. Buslaev, I.M. Litvinko-vich // Nefteservis. 2005. № 1. P. 24.
4. Ruzin L.M., Ursegov, S.O. Noviye tekhnologil dobychi vysokovyazkikh neftei I bitumov [New technologies for production of high-viscosity oil and bitumen] //Geology, geophysics and development of oil and gas fields. 2004. № 7. P. 53- 58.
5. Buslaev G.V., Buslaeva D.R., Molokanov O.N. Razrabotka tekhniki I tekhnologii stroitel'stva skvazhin dlya kratnogo umensheniya vozdeist-viya na okruzhayushuyu sredu pri osvoenii arkticheskikh zapasov uglevodorodov na sushe I na more [The development of techniques and technology of well construction to reduce the impact on the environment during the development of Arctic hydrocarbon reserves] // Interregional sci.-pract. Conf. "The role of universities in the implementation of Russia's Arctic strategy", October 10-12, 2013: Collected papers. Syktivkar, 2014.
6. Buslaev G.V. Drilling complex of XXI century for horizontal well drilling in the Arctic regions / G.V. Buslaev // Synergies: Industry, Education and Research. Challenges and Opportunities in the Light of 20 Years" Cooperation between Norway and Russia, 29-30 September 2011: Intern. Conf. Book of Abstracts. Norway :AIT Otta AS, 2011. P. 19-20.
7. Buslaev G.V. Razrabotka nazemnogo burovogo kompleksa dlya bureniya gorizontalnykh skvazhin s bolshimi othodami ot vertikali v arkticheskom ispolnenii [Development of onshore drilling complex of XXI century for extended reach drilling in the Arctic] / N.D. Tskhadaya, G.V. Buslaev, O.N. Buslaeva, D. R. Molokanov // SPE Arctic and Extreme Environments Conference & Exhibition held in Moscow, Russia, October 15-17, 2013.
8. Merrill R.T. and McElhinny M. W. The Earth's Magnetic Field, Academic Press: London, 1983. 401 p.
9. Kaufman A. A. and Keller G. V. The Magneto-telluric Sounding Method, Elsevier: New York, 1981. 591 p.
10. Amundsen PA., Ding S., Datta B.K., Torkil-dsen T. and Saasen, A. Magnetic shielding during MWD azimuth measurements and wellbore positioning. SPE Drilling & Completion, 25, 2010. 219-222.
11. Kristoffer Tellefsen, Arild Saasen, Arild Fjog-stad, Torgeir Torkildsen. The Effect of Drilling Fluid Content on Magnetic Shielding of Down-hole Compasses in MWDs. Paper SPE 150548 presented at the SPE Deepwater Drilling and Completions Conference, Galveston, Texas, USA, 20-21 June 2012.
12. Poedjono B., Beck N., Buchanan A., Borri L., Maus S., Finn CA., Worthington E. W., White T. Improved Geomagnetic Referencing in the Arctic Environment. Paper SPE 166850 presented at the SPE Arctic and Extreme Environments Technical Conference and Exhibition, Moscow, 15-17 October 2013.
13. Gvishiani A, Lukianova R., Soloviev A, Khokh-lov А. Survey of Geomagnetic Observations Made in the Northern Sector of Russia and New Methods for Analysing Them, Surveys in Geophysics, 35 (5). 2014. P. 1123-1154, doi: 10.1007/s10712-014-9297-8.
14. Gvishiani A.D. Geoinformatika I nablyudeniya magnitnogo polya Zemli: rossiisky segment [Geoinformatics and monitoring of the Earth's magnetic field: the Russian segment] / A.D. Gvishiani, R.Yu. Lukianova // Fizika Zemli, 2015. № 2. P. 3-20.
