Nowoczesne technologie wiercenia kierunkowego wykorzystane przy wierceniu intersekcyjnego układu otworów

Artykuł dotyczy wykorzystania technologii wiercenia otworów kierunkowych – tzw. intersekcyjnych, które Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo SA wykonało w ramach prac badawczych prowadzonych w latach 2016–2021. Projekt miał na celu wykorzystanie nowoczesnych technologii w próbach rozpoznania złóż niekonwencjonalnych – formacji węglowych o niskiej przepuszczalności i niskim ciśnieniu złożowym, otworami wierconymi z powierzchni na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przedstawiono zasadę gromadzenia się gazu w węglu (zjawisko adsorpcji opisywane modelem Langmuira) oraz sposób eksploatacji przez odwrócenie tego zjawiska i doprowadzenie do desorpcji przy wykorzystaniu odwadniania górotworu przez pompę zamontowaną w otworze pionowym poniżej intersekcji z otworem poziomym (horyzontalnym). Wyjaśniono celowość wiercenia otworu z odcinkiem horyzontalnym jako sposób zwiększenia strefy drenażu formacji produktywnej. W artykule zwrócono uwagę na zagadnienia związane z mechaniką górotworu, a dokładnie z określeniem kierunków naprężeń jako kluczowego parametru przy ustalaniu trajektorii otworów, które mają podlegać szczelinowaniu hydraulicznemu. Orientacja otworu prostopadle do kierunku maksymalnych naprężeń SHmax pozwala osiągać maksymalną wielkość stymulowanej strefy przyodwiertowej podczas zabiegu intensyfikacyjnego. Kluczowym fragmentem artykułu jest opis prac związanych z projektowaniem, a następnie wykonaniem systemu przecinających się (intersekcyjnych) otworów kierunkowych. Pionierskość omawianego projektu polegała zarówno na zastosowaniu technologii namierzania magnetycznego (ang. active magnetic rangening), jak i na wierceniu systemu otworów z jednego „placu” w sąsiedztwie dodatkowego otworu (również intersekcyjnego z otworem pionowym). Wykorzystane technologie wiercenia RSS (ang. rotary steerable system) pozwoliły na zrealizowanie zaprojektowanych trajektorii otworów i trafienie narzędziem o średnicy 6 cali w rurę z włókna szklanego o średnicy 7 cali na głębokości około 850 metrów. We wnioskach autorzy podkreślają innowacyjność wykonanych prac, zarówno w skali firmy, kraju, jak i światowej. Podają również przykłady zastosowania wykorzystanych technologii. Wart podkreślenia jest fakt, że wykonalność zaprojektowanych prac badawczych została potwierdzona w zastosowaniu przemysłowym.

The article examines the use of directional and intersection drilling technology applied by Polish Oil and Gas Company (PGNiG) as part of research work carried out between 2016 and 2021. The project was aimed at using advanced technologies in assessment of prospectivity of unconventional reservoirs – coal formations with low permeability and low pore pressure with wells drilled from the surface in the Upper Silesian Coal Basin. Firstly, the mechanism of gas accumulation in coal was described (the adsorption phenomenon defined by the Langmuir model), followed by the method of exploitation by desorption using a pump installed in a vertical well below the intersection with a horizontal section. Finally, the expediency of drilling a well with a horizontal section as a way to increase the drainage zone of a productive formation was explained. The article draws attention to the issues related to the geomechanics, and more precisely to the determination of the stress azimuth as a key parameter in determining the optimal trajectory of the wells to be subjected to hydraulic fracturing. The findings suggest that the orientation of the well perpendicular to the direction of the maximum stresses SHmax allows to achieve the maximum stimulated rock volume during the intensification treatment. The key fragment of the paper describes the work related to the design and execution of a system of intersecting directional wells. The pioneering character of the discussed project consisted in both using active magnetic ranging technology and drilling a set of wells from one location. The RSS (rotary sterable system) drilling technology allowed for the execution of the designed well trajectories and for hitting a 7-inch diameter fiberglass pipe at a depth of about 850 meters with a 6-inch diameter tool. The conclusions emphasize the innovativeness of the performed work on the local (company), national and global scale. Examples of the application of the used technologies are also provided. It is worth highlighting that the feasibility of the designed research work has been confirmed in industrial application.