Riktningsborrning , lutande borrning är en brunnskonstruktionsmetod där de har en komplex rumsprofil , inklusive ett vertikalt övre intervall, följt av sektioner med specificerade avvikelser från vertikalen [1] . Används ofta vid prospektering och produktion av mineraler som olja och gas, särskilt vid multilateral borrning och klusterborrning. Sedan 1990-talet har teknik för riktningsborrning aktivt utvecklats för att skapa brunnar med horisontella sektioner upp till flera kilometer långa. Den längsta sådan brunn 2017 borrades för oljeproduktion på Sakhalin-hyllan Z-44 Chayvo ( Odoptu-more- fältet , Ryssland) - 15 km [2] [3] .
Den började användas först i mitten av 1900-talet. Grundarna av denna metod är de amerikanska oljemännen John Eastman, Roman Hines och George Feiling, som först använde den 1934 för oljeproduktion vid Conroe-fältet, Texas [4] . I Sovjetunionen, en liknande metod, med stöd av Baku-forskaren M.P. Guluzade var den första som använde den azerbajdzjanska oljemannen Aga Neymatulla för att utvinna olja från svåråtkomliga fyndigheter: på land 1941 (Baku Bibiheybat-regionen) och i Kaspiska havet 1946-1947 [ 5 ] .
Tekniken för kontrollerad lutande borrning har utvecklats gradvis. För att avvika bottenhålsenheten (BHA, eng. BHA ) från vertikalen, installerades kilspikkilar (whipstocks, whipstock ) i brunnen; borrning utfördes med traditionella roterande sammansättningar. Riktningsbrunnar skapade med denna teknik nådde dock ofta inte målformationerna, eftersom de hade betydande avvikelser från målazimuterna [6] .
I icke-vertikala sektioner av brunnar med en lutning på mer än 12 grader, om det är nödvändigt att ytterligare ändra zenitvinkeln, kan en roterande enhet ned i hålet med stabilisatorer och borrkragar användas, vilket skapar en avböjande belastning på borrkronan. Referenslayouten (byggenhet) används för att ställa in vinkeln, pendel (pendelenhet) för att minska. För att spara den typade vinkeln används en stabiliserad layout (tangent, packad montering) [6] [7] .
Sedan 1960-talet har riktningsborrning sett användningen av böjda adapter och borrhålsmotorenheter (till exempel hydrauliskt drivna borrhålsmotorer eller turboborrar ). Inledningsvis hade adapterkurvorna en fast lutningsvinkel från 0,5 till 1 grad [6] . Riktningen i sådana arrangemang bestämdes genom att vrida borrsträngen, men för att ändra lutningsvinkeln var det nödvändigt att stiga upp till ytan och byta ut adaptern.
Senare uppfanns och introducerades adaptrar med en kontrollerad böj (från 0 till 4 grader), satta från ytan utan att lyfta enheten från brunnen. De har också använts i samband med borrhålsmotorer och bildar en styrbar motor [6] . En sådan motor kan användas i två lägen: roterande (roterande) borrning, där kraften genereras av en roterande bords- eller toppdrivning, och glidläge, där borrsträngen inte roterar, och borrkronan drivs av en borrhålsmotor. I glidläget ställs den azimutala avböjningsvinkeln genom att vrida kolonnen, och zenitvinkeln ställs in av den styrda adapterns böjning [6] .
Med minskningen av bevisade reserver av olja och gas i yttillgängliga reservoarer började användningen av riktad borrning växa i världen. I USA 2004 fanns det 12 tusen sådana brunnar i drift (8% av den totala fonden), i Ryssland vid den tiden fanns det mindre än 1% av dem [8] .
I början av 1970-talet började byggandet av den första riktade brunnen för prospektering av Odoptu-Sea-fältet på Sakhalin-hyllan i Sovjetunionen; brunnen, 3406 m lång, färdigställdes 1973, men producerade ingen olja. Dess avgång från vertikalen var 2435,4 m, vilket under 10 år var Sovjetunionens rekord [8] .
Sedan 1990-talet har roterande styrbara system utvecklats (RUS, Rotary steerable system ), vilket gör att du kan kontrollera brunnens lutning under roterande borrning utan glidperioder [9] . Till en början användes de för att borra brunnar med stora avvikelser från vertikalen, men sedan blev de allmänt använda för att borra brunnar av vilken profil som helst [6] .
OJSC Rosneft-Sakhalinmorneftegaz var den första i Ryssland som började använda riktad borrning från stranden med ultralång avvikelse av bottenhålen från vertikalen för utvecklingen av Odoptu-Sea-fältet på dess norra kupol [8] . Driftsättningen av den första brunnen nr 202 med en bottenhålsavvikelse på 4781 m från vertikalen med en daglig flödeshastighet på 250 ton anses vara början på utvecklingen av den ryska hyllan i Fjärran Östern [10] . Den valda tekniken är 4-5 gånger billigare än oljeproduktion från stationära isbeständiga plattformar. Detta fält blev den första testplatsen i Ryssland för användning av brunnar med ultralång avvikelse av bottenhål från vertikalen: djupet av deras förekomst var cirka 1600 m, och den vertikala avvikelsen var från 4,5 till 6 km, komplexitetsfaktorn var 4. Användningen av riktade borrmetoder med en avvikelsevinkel från vertikalen på 80-88 grader gjorde att JSC Rosneft-Sakhalinmorneftegaz blev först med att starta kommersiell drift av fält på Sakhalin-hyllan, inför de internationella projekten Sakhalin-1 och Sakhalin-2 [8 ] .
Utvecklingen på 2000-talet av riktningsborrning med horisontella sektioner upp till 3–4 kilometer långa, tillsammans med flerstegs hydraulisk sprickning, gjorde det möjligt att starta ekonomiskt lönsam gasproduktion i Nordamerika, och sedan lättolja från täta reservoarer från skifferformationer (se Skifferrevolution ) [11] [12] .
Tidiga försök med riktad och horisontell borrning var betydligt långsammare än vertikala konstruktioner på grund av behovet av frekventa avstängningar och brunnsprofilering, samt långsammare bergborrning. Sedan, med utvecklingen av borrhålsmotorer och mätverktyg, ökade borrhastigheten och mätningen blev enklare.
För lutande brunnar, där zenitvinkeln inte överstiger 40 grader, är det möjligt att använda traditionella mätinstrument som sänks ner i brunnen på en kabel. Vid stora vinklar och närvaron av horisontella sektioner krävs mer komplexa verktyg.
För brunnar med stora vinklar är det också svårare att hindra sand från att komma in i brunnen.
1990 anklagade Irak Kuwait för att ha stulit irakisk olja till ett värde av 2,4 miljarder dollar från Rumaylafältet med hjälp av riktningsborrning och krävde kompensation [13] vilket var en av anledningarna till invasionen av Kuwait 1990. Flera utländska företag som verkar i Rumaila-fältet avfärdade också Iraks påståenden om riktad borrning som en "rökskärm för att maskera Iraks stigande ambitioner" [14] .
I mitten av 1900-talet utbröt en skandal över stölden av olja från East Texas -fältet med hjälp av riktbrunnar. Det blev känt att operatörer borrade riktade brunnar från områden utanför fältet in i Woodbine-formationen, för att ansluta till produktiva områden som ägs av stora företag. Under en rad undersökningar upptäckte inspektörer och malpåsade 380 riktbrunnar. Det uppskattas att olja till ett värde av 100 miljoner dollar stals från de rättmätiga ägarna under flera decennier [15] .
Borriggar utrustade med motorer med hög kapacitet (400 ton eller mer) och en anordning för att flytta ett riggblock för klusterborrning används för brunnskonstruktion och drift. Det mekaniserade borrvätskeberedningssystemet är anpassat för användning av en invert oljebaserad emulsion , gör att du kan samla in sticklingar för rengöring och kassering [8] .
Den svåraste uppgiften vid borrning av riktade brunnar är att lyfta och sänka en borrsträng med en diameter på mer än 2 m i ett nästan horisontellt brunnhål till ett djup av minst 4 tusen meter. För att lösa detta problem i Odoptu-Sea-fältet beslöt man att sänka strängen utan att fyllas med borrvätska, och även att använda slam med olika densitet i de nedre och övre delarna av strängen för att lätta nedre delen och skapa en drivning kraft i den övre delen. Med hjälp av denna teknik kördes strängar framgångsrikt in i alla brunnar, inklusive nr 208 med en längd på 6446 m på 44 timmar [8] .