История возникновения идеи применения ГС для повышения нефтеотдачи пластов и темпов разработки месторождений, насчитывающая более 50 лет, а также дальнейшая эволюция этой технологии детально рассмотрены в работах [43, 67, 73]. Ранее к этому методу прибегали тогда, когда другие методы (вторичные, третичные) не достигали цели. При бурении же ГС и РГС, как правило, получали положительные результаты. По существу, имелся опыт бурения и эксплуатации отдельных скважин, но не системы скважин.
Начиная с конца 70-х годов технологии разработки нефтегазовых месторождений с помощью ГС стали бурно развиваться как за рубежом [275], так и в России. За рубежом в настоящее время насчитывается более 60 различных фирм, осваивающих эту технологию. Одной из первых активизировала исследования фирма ELJ Agutrane в содружестве с французским институтом нефти JFP AGJP. По инициативе JFP в г. Уфе в 1980 г. был проведён советско-французский симпозиум по наклонно направленному и горизонтальному бурению. Начался второй этап применения технологий разработки нефтегазовых месторождений горизонтальными скважинами. Уже в 1991—1992 годах в России пробурено 48 ГС, из введенных в эксплуатацию добыто 180 тыс. тонн нефти.
Новые технологии, основанные на применении ГС, по мнению Н.К. Байбакова [18], коренным образом изменили практику и теорию мировой добычи углеводородов. Дебиты скважин, имеющих горизонтальные окончания большой протяжённости, значительно возросли. В результате есть возможность эксплуатировать месторождения раздельными сетками скважин, снизить депрессии, увеличить продолжительность безводного периода эксплуатации скважин. На некоторых месторождениях запасы нефти, которые ранее считались неизвлекаемыми, в настоящее время могут вырабатываться в промышленных масштабах, повысилась эффективность многих "старых" методов воздействия на пласт, значительно улучшилось большинство показателей разработки. Анализу состояния эксплуатации ГС в нефтегазодобыче посвящён ряд работ, в частности [64, 65].
Действительно, за последнее десятилетие технология разработки месторождений с применением ГС опробована во многих нефтегазодобывающих регионах. 1988 год является началом нового этапа активных работ в области бурения и разработки месторждений ГС в Башкортостане (АНК "Башнефть"). По утвержденным в ЦКР проектным документам пробурено более 50 ГС на Михайловском, Татышлинском, Лемезинском, Усень-Ивановском, Югомаш-Максимовском, Старцевском, Балкановском месторождениях и на опытных участках Арланского месторождения [148]. Опыт разработки залежей нефти с применением ГС показал их эффективность. Стоимость ГС превышала стоимость вертикальных в 1,4—2,5 раза, а продуктивность в 1,5—6 раз. Применяемые в Башкортостане технологии бурения позволяют успешно прокладывать горизонтальные стволы в продуктивных пластах толщиной 3—4 метра [6, 60].
Освоение горизонтальных технологий в Республике Татарстан было начато в 1976—1978 годах бурением ГС на турнейские отложения Сиреневского и Тавельского месторождений [151]. В 1991—1995 годах институтом ТатНИПИнефть составлено более 20 проектных документов на разработку месторождений с применением ГС, согласно которым предстояло пробурить 1200 скважин, или 40 % от общего числа скважин. Глубины залегания продуктивных пластов, вскрытых ГС, составили 829—1728 м, вскрываемые толщины равны 4—40 м. Бурение дает хороший экономический эффект и из категории сложных перешло в стандартную [250].
В ОАО "Удмуртнефть" разработка месторождений с применением ГС ведется с 1992 г. Первая ГС пробурена на Мишкинском месторождении по разработанной нами технологической схеме. Плановое опытно-промышленное бурение ГС начато в 1994 г. В настоящее время пробурено 47 ГС. Наибольшая эффективность достигнута на Мишкинском месторождении. Выполненными технико-экономическими расчётами подтверждена высокая технологическая и экономическая эффективность ГС на Мишкинском месторождении. Дополнительная добыча нефти оценивается в 1,5 млн. тонн, увеличение КИН — на 2,9 %. Неплохие результаты получены при бурении ГС на Гремихинском месторождении, залежи которого характеризуются вязкими и высоковязкими нефтями. Продуктивность ГС в 2—4 раза выше продуктивности соседних вертикальных скважин. Примерно такие же результаты получены на Чутырско-Киенгопском, Ончугинском, Кезском месторождениях. В значительно худших геологических условиях бурились ГС на Южно-Киенгопском месторождении. Верейский горизонт представлен чередованием терригенных и карбонатных коллекторов с небольшими эффективными толщинами (в среднем 2,9 м). Средний дебит по ГС составил 15 т/сут, что на 10—12 т выше, чем дебит вертикальных скважин. В условиях этого месторождения была доказана возможность получения достаточно больших технико-экономических эффектов в бурении ГС на продуктивные пласты малой толщины (2—3 м) [111].
В ПО "Саратовнефтегаз" в результате бурения 22 ГС накоплен богатый опыт, который показывает, что месторождения этого региона можно успешно разрабатывать системами ГС; при этом средний дебит по сравнению с вертикальными скважинами увеличивается в 6—8 раз [116].
В ПО "Краснодарнефтегаз" рассмотрены вопросы повышения объёмов добычи нефти за счёт увеличения производительности малодебитных скважин бурением дополнительных стволов. В объединении накоплен богатый опыт бурения РГС из стволов старых скважин [117].
В работе [62] дается обоснование применения ГС на месторождениях Республики Саха (Якутия). По результатам научных и технико-экономических проработок доказывается, что ГС могут использоваться как на стадии разведки, так и на стадии разработки месторождений.
Технологии разработки нефтяных месторождений ГС нашли применение и на месторождениях Западной Сибири. Составлены и реализуются проекты разработки Ем-Егоровского и Мало-Балыкского месторождений [148], приводятся результаты бурения 1995—1996 годов на Федоровском месторождении [84]. Анализ строительства и эксплуатации ГС на опытном участке Самотлорского месторождения [55] показал целесообразность разработки пласта (1+2/1) — дебиты превысили в 3—11 раз дебиты вертикальных и наклонно направленных скважин при значительно низкой обводнённости продукции.
Успешно ведется освоение технологии разработки залежей углеводородов и на нефтегазоконденсатных месторождениях страны. Так, например, на Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении [61] первая ГС пробурена в 1990 г. с целью разработки одного объекта. После успешного строительства первой скважины (получено 2,5-кратное увеличение продуктивности по сравнению с вертикальными) пробурено еще 17 ГС на газовые и газонефтяные горизонты; в бурении находятся еще четыре газовые скважины. Кроме того, с 1995 г. ведется работа по зарезке горизонтальных стволов из простаивающего, обводнённого и низкодебитного фонда скважин. Результаты позволяют говорить о перспективности метода, учитывая тот факт, что на 1998 г. на Оренбургском месторождении 35 скважин простаивают по причине обводнения и 120 скважин работают с дебитом до 10 тыс. м3/сут. На Восточно-Таркосалинском нефтегазоконденсатном месторождении (Ямало-Ненецкий автономный округ) введены в эксплуатацию три ГС — скв. 16 на пласт ПК1 и скв. 2030, 2031 на пласт БП16. Продуктивность ГС выше продуктивности ВС в 5 раз [122].
В последние десятилетия разработка нефтяных месторождений с помощью ГС стала бурно развиваться за рубежом. Резкое повышение активности в области горизонтального бурения и многообещающие прогнозы на будущее вызвали быструю реакцию 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 (их насчитывается более 60) по изучению новых технологий, связанных с бурением и эксплуатацией ГС .
За 1979—1983 годы в Европе пробурен ряд ГС: Лак 90, Кастера Лау 110, Распаро Маре 6 и другие, в общей сложности несколько десятков, давших необходимую информацию для дальнейшего развития работ как в технологии бурения, так и для выработки режима эксплуатации [275].
На месторождении Лак Сьюпериер (юг Франции), залегающем на глубине 610 м, пробурены две ГС. Продуктивный пласт залежи здесь достигает 100 м, пористость — 20 %, проницаемость — 100 мкм2, вязкость нефти — 17 мПа·с. Месторождение эксплуатируется 25 лет. Обводненность продукции составляет в среднем 98 %. Пласт состоит из двух частей: сильно трещиноватых доломитов и известковых линз. Суточная добыча из ГС № 90 оказалась почти в 3 раза выше, чем в вертикальных, расположенных рядом.
Месторождение Кастера Лау расположено на юго-западе Франции. Коллектор здесь представлен трещиноватым доломитом, залегающим на глубине 2896 м. Толщина пласта 70 м, пористость — 10 %, проницаемость — 500 мкм2. Горизонтальная скважина Кастера Лау 110 длиной 335 м в продуктивном пласте обеспечила увеличение добычи в 5 раз по сравнению с типичной соседней скважиной.
Большой интерес представляет разработка месторождения Распаро Маре (Италия), где, по существу, создана первая в мире система нефтедобычи ГС [258]. Месторождение находится в Адриатическом море на глубине 60 — 90 м. Нефть на месторождении тяжелая — 0,99 г/см3, и вязкость ее — 300 мПа-с в пластовых условиях. Коллектор, залегающий на глубине 1290 м, из-за своей геологической природы карстового характера имеет низкую вторичную пористость — 1,8 %, хотя проницаемость его весьма значительна — от 2 до 1500 мкм2. Продуктивный пласт состоит из двух наложенных один на другой слоев. Верхний слой толщиной до 60 м характеризуется наличием расширенных вверху в результате эрозии вертикальных трещин, расположенных через 90 м и смыкающихся внизу. Нижний слой толщиной до 50 м характеризуется наличием пустот — карстовых образований, заполненных нефтью. Здесь находится ВНК с активным водоносным горизонтом больших размеров. Разведка месторождения была начата в 1975 г. и до 1980 г. были закончены и испытаны три одиночные скважины (вертикальная, наклонная, горизонтальная). Продуктивность ГС составила 11,3 м3/сут, наклонной — 4,77 м3/сут, а вертикальной — 2,067 м3/сут. Эффективность вытеснения нефти внутри опытного участка можно вычислить по суммарной добыче: она в среднем в 4,6 раза больше на ГС, чем на других скважинах [255].
Промышленное развитие горизонтального бурения в Германии началось со второй половины 80-х годов. В 1994 г. основана Ассоциация горизонтального бурения (DCA), занимающаяся координацией исследований и публикацией работ по проблемам горизонтального бурения [277], что приводит к существенному удешевлению горизонтального бурения. Следует отметить, что в Германии ГС используются также для прокладки нефте- и газопроводов, электрокоммуникаций и т.д.
Большое развитие технология бурения ГС получила в США. ГС использовались как для разведки и доразведки месторождений, например в бас. Уиллисон Северной Дакоты [267], так и с целью интенсификации добычи нефти. В 1990 г. в штатах Техас, Северная Дакота, Юта и других пробурено всего 850 скважин. За пределами США в том же году пробурено 200 ГС, половина из которых находятся в Канаде [14]. Средняя стоимость бурения ГС составила 1 млн. дол., а стоимость заканчивания скважины — 140 тыс. дол. В 1993 г. пробурено 3000 ГС, а в 2000 г. планировалось извлекать 40 % углеводородного сырья. Об эффективности применения ГС имеется много публикаций [227, 265, 272, 273, 283 и др.]. Как и у нас, диапазон показателей эффективности применения этой технологии очень широк. Так, например, повторное заканчивание 30-летней скважины в Зап. Техасе, при котором на глубине 2360 м был пробурен горизонтальный ствол длиной 60 м, увеличило дебит от 1,27 до 31,8 м3/сут. Затраты на все работы окупились уже через 45 дней. С другой стороны, в том же Зап. Техасе многие скважины оказались нерентабельными. Это объясняется просчетами как при проектировании скважины, так и при подготовке экономического обоснования [244].
Большую эффективность технологии разработки нефтяных месторождений ГС показали на уникальных по величине и продуктивности месторождениях Ближневосточного региона. Пробуренные в Саудовской Аравии, Омане и Египте ГС дают дебиты в 2—10 раз выше, чем вертикальные стволы. Кроме того, уменьшается вероятность прорыва водяных и газовых конусов, что способствует более высокой нефтеотдаче. По мере совершенствования технологии стоимость ГС вплотную приблизилась к стоимости вертикальной. Руководство фирмы Aramco считает, что применение и усовершенствование технологий горизонтальной проводки стволов может увеличить нефтеотдачу на 5—10 %, что приведёт к увеличению запасов нефти на 1,7—3,5 млрд. т. В настоящее время доказано, что запасы нефти в Саудовской Аравии исчисляются 35 млрд. т, что составляет 1/4 мировых. Экономическая эффективность использования горизонтальной проходки в Саудовской Аравии достигается за счет увеличения производительности скважин на 150—400 %; снижения общего числа скважин на 30 %; сокращения расходов на бурение, прокладку промыслового оборудования на 20—25 %; сокращение расходов на обработку воды и газа на 50 %; увеличения извлекаемых геологических запасов нефти на 5—10 %; отсрочки установки газлифтных систем и компрессорного оборудования.