Эксплуатация месторождений нефти и газа горизонтальными скважинами

ЭКСПЛУАТАЦИЯ 

МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ 

И ГАЗА ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ 

СКВАЖИНАМИ

О.И. СЕРЕБРЯКОВ
А.О. СЕРЕБРЯКОВ
Г.И. ЖУРАВЛЕВ

Москва
ИНФРА-М

2021

УЧЕБНИК

Рекомендовано Федеральным Учебно-методическим объединением 
Минобрнауки России для магистрантов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению 05.04.01 «Геология»

УДК 622(075.8)
ББК 33.3я73
 
С32
А в т о р ы:

О.И. Серебряков, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заве
дующий кафедрой «Промысловая геология, гидрогеология и геохимия горючих ископаемых» Астраханского государственного университета (предисловие, главы 1, 3, 7);

А.О. Серебряков, доцент кафедры «Промысловая геология, гидрогеология 

и геохимия горючих ископаемых» Астраханского государственного университета (главы 5, 6, 9, 10);

Г.И. Журавлев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промысловая 

геология, гидрогеология и геохимия горючих ископаемых» Астраханского государственного университета (главы 2, 4, 8, заключение)
Р е ц е н з е н т ы:

Н.А. Бондаренко, доктор геолого-минералогических наук (Кубанский госу
дарственный университет, г. Краснодар);

С.Н. Колокольцев, кандидат технических наук (ЛУКОЙЛ-Приморьенефте
газ, г. Астрахань)

ISBN 978-5-16-014236-4 (print)
ISBN 978-5-16-106721-5 (online)

Материалы, отмеченные знаком 
, 

доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

©  Серебряков О.И., Серебряков А.О., 

Журавлев Г.И., 2021

Серебряков О.И.

С32 
 
Эксплуатация месторождений нефти и газа горизонтальными скважина
ми : учебник / О.И. Серебряков, А.О. Серебряков, Г.И. Журавлев. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 200 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее 
образование: Магистратура). — DOI 10.12737/971768. 

ISBN 978-5-16-014236-4 (print)
ISBN 978-5-16-106721-5 (online)
В учебнике изложены особенности конструкции морских горизонтальных 

многозабойных эксплуатационных скважин, а также забойные компоненты 
горизонтальных многозабойных стволов. Даны классификация осложнений 
многозабойных горизонтальных скважин, способы их предупреждения и ликвидации. Предложены методы подземной геонавигации разработки морских 
горизонтальных эксплуатационных скважин. Уточнены геологические и промысловые основы эксплуатации горизонтальных морских многозабойных нефтегазовых скважин, режимы и динамика добычи нефти, газа и попутных вод, 
методы расчета динамических забойных и пластовых давлений. Приведены технологии эксплуатации морских горизонтальных многозабойных скважин. Обоснованы состав и объемы экологического, промыслового и исследовательского 
морского мониторинга эксплуатации морских горизонтальных многозабойных 
скважин и охраны морской окружающей среды при добыче нефти и газа.

Соответствует требованиям федеральных государственных образователь
ных стандартов высшего образования последнего поколения.

Предназначен для магистрантов укрупненной группы направлений подго
товки «Науки о Земле», а также для преподавателей, работников топливноэнергетического комплекса, производственных геолого-разведочных и нефтегазодобывающих предприятий, научных и проектных организаций.

УДК 622(075.8)

ББК 33.3я73

Предисловие

Актуальность учебника заключается в том, что он соответствует современным требованиям учебной программы последнего 
поколения дисциплины «Бурение и эксплуатация скважин».
Использование горных пород и осадочных отложений, составляющих покровный чехол Земли, способствует развитию техники 
и технологии промышленности, так как прежде всего именно 
с ними приходится иметь дело человеку в его практической деятельности, извлекая необходимые для жизнедеятельности природные компоненты и преобразуя вследствие этого окружающую 
среду.
Учебник расширяет знания по таким дисциплинам, как «Общая 
геология», «Литология», «Структурная геология», «Полезные 
ископаемые», «Геотектоника», а также другим наукам о Земле.
Задача учебника состоит в освещении природных аспектов бурения скважин на нефть и газ, выявлении общих закономерностей 
технического освоения полезных ископаемых геосферы, ее оценке 
с позиции достижений современного бурения и с точки зрения 
обеспечения жизнедеятельности человечества.
Цель учебника — обеспечить усвоение программного материала 
по бурению, способствовать развитию навыков самостоятельной 
работы с различными материалами и литературными источниками 
по бурению.
Учебная новизна учебника состоит в том, что изучение программы формирует профессио нальные компетенции, развивает способности к владению знаниями в области бурения и использованию 
их на практике и в науке, восприятию, анализу и обобщению информации для решения практических задач, связанных с разведкой 
и добычей полезных ископаемых.
Научная новизна учебника заключается в том, что изложены комплексные технические, геологические и литологические 
проблемы, составляющие основу науки о бурении. Расширены 
и обоснованы теоретические воззрения на бурение скважин. Обоснованы задачи бурения скважин при освоении новых площадей. 
Уделено внимание истории исследований, посвященных бурению. 
Показано влияние тектонического формирования геологических 
структур на технологию бурения скважин в литосфере Земли, 
с отложениями которой связаны полезные ископаемые, имеющие 
важное промышленное значение для человечества.

В результате изучения процессов, связанных с бурением 
скважин, формируются следующие компетенции:
а) общеобразовательные (ОК): способность к самоорганизации 
и самообразованию (ОК-7);
б) общепрофессио нальные (ОПК): владение представлениями 
о современной теории бурения на основе знания основных положений природных законов и методов естественных наук (ОПК-2);
в) производственные (ПК): готовность применять на практике 
и в промышленности профессио нальные знания в области бурения 
и навыки выполнения буровых работ в соответствии с направленностью (профилем) (ПК-4) Рабочей программы дисциплины (РПД).
В результате освоения материала, изложенного в учебнике, обучающийся будет:
знать
 
• принципы и навыки процессов самоорганизации и самообразования в области бурения;
 
• методы анализа представлений о современной теории бурения 
на основе знаний и методов, а также основных положений базовых законов естественных наук;
 
• навыки практического применения базовых профессио нальных 
знаний по бурению при решении производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) РПД;
 
• методы внедрения в промышленности буровых технологий 
при решении производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) РПД;
уметь
 
• обобщать и анализировать представления о современной теории 
бурения на основе знаний базовых законов естественных наук;
 
• изучать информацию о современном научном строении мира 
на основе естественно-научной картины мира;
 
• самостоятельно применять на практике базовые профессиональные знания при решении производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) РПД;
 
• самостоятельно применять на практике навыки буровых работ 
при решении производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) РПД;
владеть
 
• способностью к буровому самообразованию;
 
• навыками исследований реального мира на основе знаний основных положений базовых законов естественных наук;
 
• методами применения морских технологий на основе законов 
естественных наук;

• способностью применять на практике технические, геологические, литологические методы и технологии при выполнении 
производственных задач в соответствии с направленностью 
(профилем) РПД.
Морские горизонтальные многозабойные эксплуатационные 
скважины в последние годы успешно внедряются для повышения 
объемов добычи и эффективности разработки морского природного 
сырья, а также продления сроков эксплуатации морских месторождений сложного состава и строения.
Одна из основных функций морских горизонтальных скважин — 
разработка труднодоступных запасов нефти и газа. Морские акватории содержат большие запасы нефти и газа сложного структурного строения, добыча которых невозможна без кустов горизонтальных скважин. В морских сложных геолого-тектонических 
условиях необходимо применение техники и технологии сверхдлинных горизонтальных отводов забойных стволов эксплуатационных скважин от устья скважин, буровое оборудование которых 
располагается на морской платформе за пределами водоохранной 
зоны, т.е. над естественными препятствиями и иными сооружениями.
Основная цель бурения морских многозабойных горизонтальных скважин — пересечение многослойных продуктивных 
горизонтов в продольном направлении вдоль пласта. При этом 
протяженность завершающего участка скважины, расположенного 
в продуктивном пласте (горизонтального участка), может составлять многие тысячи метров, что позволяет формировать дополнительные боковые забои скважин для максимального охвата многослойной продуктивной залежи системами многозабойной добычи 
товарного сырья.
Стоимость бурения морской горизонтальной скважины выше 
стоимости обычной вертикальной. Однако способ устройства горизонтальных многозабойных скважин позволяет обеспечить эффективную разработку труднодоступных или нерентабельных 
(при применении обычных технологий) морских запасов и лучше 
использовать гидродинамическую характеристику продуктивных 
залежей, тем самым повышая экономическую эффективность морской добычи нефти и газа многозабойными стволами.
Учебник предназначен для магистрантов специальностей «Прикладная геология», «Бурение скважин», «Науки о Земле», а также 
для преподавателей, работников топливно-энергетического комплекса, производственных геолого-разведочных и нефтегазодобывающих предприятий, научных и проектных организаций.

В учебнике изложены новейшие методы и способы эксплуатации месторождений нефти и газа горизонтальными скважинами с учетом применения современных геологических и буровых 
теорий.
В конце каждой главы даны контрольные вопросы и учебные 
задания.

Глава 1. 
ХАРАКТЕРИСТИКА МОРСКИХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ 
МНОГОЗАБОЙНЫМИ СКВАЖИНАМИ

Эксплуатация морских месторождений горизонтальными многозабойными скважинами — новое направление развития техники 
и технологии в нефтегазодобывающей отрасли.

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МНОГОЗАБОЙНЫХ 
СКВАЖИН НА МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Во второй половине XX в. представители геологической науки 
и специалисты-практики в области поиска и разведки месторождений пришли к выводу, что запасы полезных ископаемых (твердых, 
жидких и газообразных) на материках постепенно заканчиваются. 
При этом очевидно, что без них не только невозможно дальнейшее 
развитие мировой промышленности, но даже и существование человечества. Отголоском такой ситуации с природным сырьем стали 
многочисленные локальные войны за передел территориальных ресурсов под предлогом «плохих правителей» или «недостатков демократии» в странах, владеющих гигантскими запасами прежде всего 
нефти, являющейся «хлебом и кровью» промышленности. В итоге 
в регионах нефтедобычи резко ухудшились экологические условия.
К этому времени в результате проведения научных исследований подтвердилось, что почти 75% нефтяных запасов земного 
шара сосредоточено под дном морских акваторий. Крупнейшие 
в мире нефтяные компании направили значительные объемы технических, технологических и финансовых ресурсов на разведку 
морских месторождений в Северном море, Мексиканском заливе, 
заливах Атлантического океана у берегов Африки и Южной Америки. В России были открыты нефтяные месторождения на Черном, 
Охотском, Каспийском, Баренцевом и других морях.
В условиях небольших глубин добыча нефти осуществлялась 
с искусственных островов (отсыпкой грунтов или строительством 
эстакад) в Бакинском регионе, Туркменистане и др. С выходом 
на большие глубины были разработаны выдвижные морские буровые платформы, которые ставились стационарно на эксплуатируемом месторождении, — самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ).

С платформ бурились эксплуатационные скважины по традиционной технологии. Такая технология добычи приводила к значительным потерям запасов нефти в пластах, так как коэффициент 
извлечения нефти (КИН) не превышал традиционное значение 0,3. 
Остаточные запасы нефти неравномерно распределялись в разных 
частях залежей, что нарушало естественную подземную гидравлику, измеряемую в сотнях атмосфер. Разработка месторождений 
газа в Средней Азии, без учета пластовой гидродинамики, привела 
к экологической катастрофе, когда на поверхности в результате 
сдвига пластов (техногенного землетрясения) было уничтожено все 
живое на многие десятки километров вокруг.
Горизонтальная технология сооружения эксплуатационных 
скважин снизила экологическую опасность при добыче нефти, так 
как горизонтальные стволы бурились до самых дальних участков 
продуктивных залежей. Однако горизонтальная добыча не смогла 
кардинально решить экологические проблемы остаточной нефти. 
На месторождениях Северного Каспия длина горизонтальных 
стволов достигает 2000 м, однако коэффициент извлечения нефти 
увеличился только на 10% (КИН не превышает значения, равного 0,4). На Охотском море удлинение горизонтального ствола 
до 7000 м совсем ненамного увеличило КИН. Бурение с одной 
СПБУ несколько десятков горизонтальных скважин повышает 
объемы добычи и извлекаемых запасов, но одновременно снижает 
экономическую эффективность эксплуатационных работ.
Экологическим решением многих проблем добычи нефти 
на морских месторождениях является синергия повышения объемов 
извлекаемых запасов и снижения экономических затрат на работы 
сооружением из горизонтальных скважин многозабойных боковых 
стволов, позволяющих охватывать дренированием самые отдаленные зоны продуктивных залежей и регулировать равномерное 
распределение пластовых депрессий при отборе нефти с повышением КИН до 0,6 и более.

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МНОГОЗАБОЙНЫХ 
МОРСКИХ СКВАЖИН И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Эксплуатационные морские скважины вследствие естественного 
искривления при строительстве могут не выйти на нефтегазонос ные 
слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий. 
Для строительства морских скважин в строго заданном горизонтальном направлении по продуктивным многослойным залежам 
осуществляются сооружения скважин, при котором они имеют 

сложный пространственный профиль, включающий в себя вертикальный верхний интервал, после которого следуют участки с начальными отклонениями ствола от вертикали и последующими 
горизонтальными участками многозабойных стволов по продуктивным горизонтам.
Такие скважины позволяют формировать достаточно протяженные фильтровые забойные зоны между кровлей и подошвой 
нефтяной залежи (рис. 1.1). Это приводит к увеличению дебита 
в несколько раз за счет расширения области дренирования фильтрационной поверхности забойных участков горизонтальных 
скважин.

Устье скважины

Ствол вертикальный
Ствол вертикальный

Продуктивный горизонт
Продуктивный горизонт

Фундамент
Фундамент

Ствол горизонтальный
Ствол горизонтальный

Осадочные породы

Акватория

Забой
Забой

Рис. 1.1. Морская горизонтальная скважина

Основными задачами строительства горизонтальных многозабойных скважин являются разработка месторождений в морских 
акваториях, в сложных горноклиматических условиях, когда эксплуатация морских месторождений может нарушить уязвимую экологию морской окружающей среды, при бурении вспомогательных 
скважин для глушения открытых фонтанов, при разведочном бурении и необходимости отбора керна по высоте продуктивного 
пласта вкрест его простиранию.
Многозабойные горизонтальные скважины позволяют увеличить степень извлечения нефти, т.е. КИН, на месторождениях, вовлечь в разработку пласты с низкими коллекторскими свойствами 
нефтегазовых морских месторождений.

1.3. ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ 
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МНОГОЗАБОЙНЫХ СКВАЖИН НА МОРСКИХ 
МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

История развития технологии строительства горизонтальных 
скважин для повышения темпов разработки месторождений насчитывает короткое время.
В 1960 г. при строительстве горизонтальных скважин во ВНИИнефть были проведены гидродинамические исследования горизонтальных скважин, а также созданы теоретические основы фильтрации и нефтеотдачи пластов в таких скважинах.
Технологии эксплуатации, основанные на применении многозабойных горизонтальных скважин, существенно изменили практику 
мировой добычи углеводородов, в настоящее время внедряется 
эксплуатация месторождения раздельными сетками скважин. Снижение депрессии на продуктивные пласты увеличивает продолжительность безводного периода эксплуатации скважин.
Технология разработки месторождений с применением горизонтальных скважин нашла применение во многих крупных нефтегазодобывающих районах.
В последние десятилетия технологии эксплуатации нефтяных 
и газовых месторождений с помощью горизонтальных скважин 
стали интенсивно развиваться за рубежом. Резкое увеличение 
объемов горизонтального бурения и положительные прогнозы многозабойных стволов вызвали интерес к данным технологиям у подрядных и сервисных фирм, которые провели реорганизацию своих 
структур с целью создания отдельных подразделений для работы 
в этой области. Большинство крупных нефтяных компаний организовали специальные группы (более 60) по развитию новых технологий, связанных с бурением и эксплуатацией горизонтальных 
многозабойных скважин.
Большое развитие технологии бурения горизонтальных скважин 
получили в США, где такие скважины используются как для разведки и доразведки месторождений, например, в бассейне Уиллистон и Северной Дакоты), так и в целях интенсификации добычи 
нефти. В штатах Техас, Юта было пробурено более 850 скважин 
методом горизонтального строительства.
В 1989 г. фирмой «Юнокал» в Калифорнии пробурена скважина 
Пойнт А-16 с горизонтальным стволом длиной 1750 м. Максимальный угол отклонения от вертикали составил 87,50°. Эта скважина превзошла предыдущий рекорд по длине (1223 м), достигнутый фирмой «Эссо Рисорзис» (Канада) на скважине Норманн