nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2026-49-3-2ILMEWWnznistu-482Research ArticleСтатьиСравнительный анализ технологий бурения в тектонически нарушенных карбонатных коллекторах Восточной СибириComparative analysis of drilling technologies in tectonically disturbed carbonate reservoirs of Eastern Siberiahttps://orcid.org/0009-0000-3955-8501ЯрощукИ.  А.YaroshchukI. A.

Ярощук Илья Александрович, аспирант, Институт недропользования

г. Иркутск

Ilya A. Yaroshchuk, Postgraduate Student, Institute of Subsoil Use

Irkutsk

ilya.yaroshuk@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-1248-5567ПанфиловВ.  Ю.PanfilovV. Yu.

Панфилов Владимир Юрьевич, аспирант, Институт недропользования

г. Иркутск

Vladimir Yu. Panfilov, Postgraduate Student, Institute of Subsoil Use

Irkutsk

panfilov_vu@mai.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5127-849XПушминП.  С.PushminP. S.

Пушмин Павел Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, Институт недропользования

г. Иркутск

Pavel S. Pushmin, Ph.D. in Engineering, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Engineering, Institute of Subsoil Use

Irkutsk

pps@ex.istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation20252808202600Принято в печать482Copyright © Ярощук И.А., Панфилов В.Ю., Пушмин П.С., 20252025Ярощук И.А., Панфилов В.Ю., Пушмин П.С.Yaroshchuk I.A., Panfilov V.Y., Pushmin P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/482

В работе представлен сравнительный анализ современных технологий бурения, применяемых при строительстве нефтегазовых скважин в тектонически нарушенных карбонатных коллекторах Восточной Сибири. Актуальность исследования обусловлена высокой частотой осложнений при бурении в условиях интенсивной трещиноватости, разломно-блокового строения и неоднородности карбонатных пород. Целью работы являлся анализ преимуществ, ограничений и областей рационального применения современных технологий осложненного бурения. В рамках исследования рассмотрены три основных технологических направления: пневмоударное бурение, аэрированные и пенные буровые системы, технологии бурения с управляемым давлением. Методологическую основу работы составили сравнительный анализ и систематизация опубликованных отечественных и зарубежных научно-технических источников, посвященных бурению в осложненных геолого-технических условиях. Установлено, что эффективность технологий определяется степенью трещиноватости пород, уровнем обводненности, устойчивостью стенок ствола и условиями контроля гидродинамического режима. Показано, что пневмоударное бурение наиболее эффективно при проходке твердых трещиноватых карбонатных пород, аэрированные системы – в условиях интенсивных поглощений, а технологии бурения с управляемым давлением – при необходимости точного контроля давления в скважине. Сделан вывод о том, что универсальной технологии бурения для всех условий Восточной Сибири не существует. Наиболее эффективным подходом является адаптивный выбор технологических решений с учетом геологических, гидродинамических и геомеханических особенностей конкретного объекта.

The article presents a comparative analysis of modern drilling technologies used in the construction of oil and gas wells in tectonically disturbed carbonate reservoirs of Eastern Siberia. The relevance of the study is due to the high frequency of drilling complications associated with intense fracturing, fault-block structures, and heterogeneity of carbonate formations. The purpose of the study is to analyze the advantages, limitations, and areas of effective application of modern drilling technologies for challenging drilling. The study focuses on three main technological approaches: pneumatic hammer drilling, aerated and foam drilling systems, managed pressure drilling technologies. The methodological basis of the study includes comparative analysis and systematization of published domestic and international scientific and technical sources on drilling in challenging geological and technical conditions. It was established that the efficiency of drilling technologies is determined by the degree of rock fracturing, water cut level, borehole wall stability, and hydrodynamic control conditions. Pneumatic hammer drilling is shown to be the most effective when drilling through hard fractured carbonate formations, while aerated systems are efficient when drilling in severe lost circulation intervals, and managed pressure drilling technologies provide the highest efficiency under conditions requiring precise pressure control. It has been concluded that there is no universal drilling technology suitable for all geological conditions in Eastern Siberia. The most effective approach is the adaptive selection of technological solutions considering geological, hydrodynamic, and geomechanical features of a particular field.

бурение скважинВосточная Сибирькарбонатные коллекторыпневмоударное бурениеаэрированные буровые растворыуправляемое давлениегазонефтеводопроявленияпоглощения бурового раствораwell drilling Eastern Siberia carbonate reservoirs pneumatic hammer drilling aerated drilling muds managed pressure drilling gas oil and water shows mud lossesReferencesВахромеев А. Г., Сверкунов С. А., Иванишин В. М., Разяпов Р. К., Данилова Е. М. Геодинамические аспекты исследования сложных горно- геологических условий бурения древнейших карбонатных резервуаров нефти и газа рифея: обзор проблемы на примере месторождений Байкитской нефтегазоносной области // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 903–921. DOI: 10.5800/GT-2017-8-4-0323. EDN: USDKNN.Vakhromeev A. G., Sverkunov S. A., Ivanishin V. M., Razyapov R. K., Danilova E. V. Geodynamic aspects in the study of complex mining and geological conditions for drilling into oil-and-gas reservoirs in the Riphean carbonate rocks: an overview of the problem as exemplified by the deposits in the Baikit petroliferous district. Geodynamics & Tectonophysics. 2017;8(4):903-921. (In Russ.). DOI: 10.5800/GT-2017-8-4-0323. EDN: USDKNN.Bourgoyne A. T., Millheim K. K., Chenevert M. E., Young F. S. Applied drilling engineering. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 1986. 502 p.Bourgoyne A. T., Millheim K. K., Chenevert M. E., Young F. S. Applied drilling engineering. Richardson: Society of Petroleum Engineers; 1986, 502 p.Lyons W. C., Guo B., Graham R. L., Hawley G. D. Air and gas drilling manual. Applications for oil and gas recovery wells and geothermal fluids recovery wells. Burlington: Gulf Professional Publishing, 2009. 776 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-370895-3.X0001-6.Lyons W. C., Guo B., Graham R. L., Hawley G. D. Air and gas drilling manual. Applications for oil and gas recovery wells and geothermal fluids recovery wells. Burlington: Gulf Professional Publishing; 2009, 776 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-370895-3.X0001-6.Managed pressure drilling / eds B. Rehm, J. Schubert, A. Haghshenas, A.S., Paknejad J. Hughes. Houston: Gulf Publishing Company, 2008. 384 p.Rehm B., Schubert J., Haghshenas A., Paknejad A. S., Hughes J. Managed pressure drilling. Houston: Gulf Publishing Company; 2008, 384 p.Aadnøy B. S., Cooper I., Miska S., Mitchell R. F., Payne M. L. Advanced drilling and well technology. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2009. 842 p.Aadnøy B. S., Cooper I., Miska S., Mitchell R. F., Payne M. L. Advanced drilling and well technology. Richardson: Society of Petroleum Engineers; 2009, 842 p.Fjaer E., Holt R. M., Horsrud P., Raaen A. M., Risnes R. Petroleum related rock mechanics. Amsterdam: Elsevier, 2008. 514 p.Fjaer E., Holt R. M., Horsrud P., Raaen A. M., Risnes R. Petroleum related rock mechanics. Amsterdam: Elsevier; 2008, 514 p.Ma T., Chen P., Zhao J. Overview on vertical and directional drilling technologies for the exploration and exploitation of deep petroleum resources // Geomechanics and Geophysics for Geo- Energy and Geo- Resources. 2016. Vol. 2. P. 365–395. DOI: 10.1007/s40948-016-0038-y.Ma T., Chen P., Zhao J. Overview on vertical and directional drilling technologies for the exploration and exploitation of deep petroleum resources. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources. 2016;2:365-395. DOI: 10.1007/s40948-016-0038-y.Teodoriu C., Falcone G., Moeck I. Use of downhole mud-driven hammer for geothermal drilling // Proceedings of 37th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering (Stanford, 30 January – 1 February 2012). Stanford: Stanford University, 2012. P. 1–10.Teodoriu C., Falcone G., Moeck I. Use of downhole mud-driven hammer for geothermal drilling. Proceedings of 37th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. 30 January – 1 February 2012, Stanford. Stanford: Stanford University; 2012, P. 1-10.Rossi E., Jamali S., Wittig V., Saar M. O., von Rohr P. R. A combined thermo- mechanical drilling technology for deep geothermal and hard rock reservoirs // Geothermics. 2020. Vol. 85. Р. 101771. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.101771.Rossi E., Jamali S., Wittig V., Saar M. O., von Rohr P. R. A combined thermo- mechanical drilling technology for deep geothermal and hard rock reservoirs. Geothermics. 2020;85:101771. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.101771.Gaurina- Međimurec N., Pašić B., Mijić P., Medved I. Drilling fluid and cement slurry design for naturally fractured reservoirs // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Iss. 2. Р. 767. DOI: 10.3390/app11020767.Gaurina-Međimurec N., Pašić B., Mijić P., Medved I. Drilling fluid and cement slurry design for naturally fractured reservoirs. Applied Sciences. 2021;11(2):767. DOI: 10.3390/app11020767.Orun C. B., Akpabio J. U., Agwu O. E. Drilling fluid design for depleted zone drilling: an integrated review of laboratory, field, modelling and cost studies // Geoenergy Science and Engineering. 2023. Vol. 226. Р. 211706. DOI: 10.1016/j.geoen.2023.211706.Orun C. B., Akpabio J. U., Agwu O. E. Drilling fluid design for depleted zone drilling: an integrated review of laboratory, field, modelling and cost studies. Geoenergy Science and Engineering. 2023;226:211706. DOI: 10.1016/j.geoen.2023.211706.Salimi S., Ghalambor A. Experimental study of formation damage during underbalanced- drilling in naturally fractured formations // Energies. 2011. Vol. 4. Iss. 10. P. 1728–1747. DOI: 10.3390/en4101728.Salimi S., Ghalambor A. Experimental study of formation damage during underbalanced- drilling in naturally fractured formations. Energies. 2011;4(10):1728-1747. DOI: 10.3390/en4101728.Weijermars R., Wang J., Pham T. Borehole failure mechanisms in naturally fractured formations // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022. Vol. 55. P. 3001–3022. DOI: 10.1007/s00603-021-02678-7.Weijermars R., Wang J., Pham T. Borehole failure mechanisms in naturally fractured formations. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022;55:3001-3022. DOI: 10.1007/s00603-021-02678-7.Гладков Е. А., Ширибон А. А., Карпова Е. Г. Пути решения проблем, возникающих при бурении скважин в Восточной Сибири // Бурение и нефть. 2015. № 4. С. 42–45. EDN: TVPTKF.Gladkov E. А., Sheribon A. А., Karpova E. G. Ways solutions of the problems encountered during drilling in Eastern Siberia. Burenie i Neft. 2015;4:42-45. (In Russ.). EDN: TVPTKF.Тузов Е. В. Проблематика бурения скважин в интервале трапповой интрузии на Среднеботуобинском месторождении // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2021. № 2. С. 18–24. DOI: 10.33285/0130-3872-2021-2(338)-18-24. EDN: TSZGQL.Tuzov E. V. Problems of wells drilling in the interval of trap intrusion at the Srednebotuobinskoye field. Stroitel’stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2021;2:18-24. (In Russ.). DOI: 10.33285/0130-3872-2021-2(338)-18-24. EDN: TSZGQL.Жданов И. И., Агеев М. М. Применение аэрированных буровых растворов при строительстве скважин на депрессии // Прогрессивные научные исследования – основа современной инновационной доктрины: сборник статей Междунар. науч.-практ. конф. (г. Киров, 25 ноября 2022 г.). Уфа: Изд-во ООО «Аэтерна», 2022. С. 57–64. EDN: YCVHMO.Zhdanov I. I., Ageev M. M. Use of aerated drilling fluids during underbalanced well construction. Progressive scientific research – basis of modern innovation doctrine: collected articles of the International scientific and practical conference. 25 November 2022, Kirov. Ufa: Aeterna LLC; 2022, р. 57-64. (In Russ.). EDN: YCVHMO.Зайцев В. И., Карпиков А. В. Бурение скважин с комбинированным регулированием давления // Науки о Земле и недропользование. 2022. Т. 45. № 1. С. 60–72. DOI: 10.21285/2686-9993-2022-45-1-60-72. EDN: AMYOAG.Zaitsev V. I., Karpikov A. V. Well drilling with combined pressure control. Earth sciences and subsoil use. 2022;45(1):60-72. (In Russ.). DOI: 10.21285/2686-9993-2022-45-1-60-72. EDN: AMYOAG.Ташкевич И. Д., Вахромеев А. Г., Сверкунов С. А., Буглов Н. А., Карпиков А. В. Изоляция полного поглощения при бурении нефтяных и газовых скважин за счет достижения гидродинамического баланса // Строительство нефтя ных и газовых скважин на суше и на море. 2020. № 11. С. 17–22. DOI: 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-17-22. EDN: YQTXWT.Tashkevich I. D., Vakhromeev A. G., Sverkunov S. A., Buglov N. A., Karpikov A. V. Isolation of total absorption when drilling oil and gas wells by achieving a hydrodynamic balance. Stroitel’stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2020;11:17-22. (In Russ.). DOI: 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-17-22. EDN: YQTXWT.Вахромеев А. Г., Иванишин В. М., Акчурин Р. Х., Сверкунов С. А. Первые выводы по результатам внедрения технологии бурения с комбинированным регулируемым давлением для сложных горно- геологических условий Восточной Сибири // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2019. № 9. С. 5–12. DOI: 10.30713/0130-3872-2019-9-5-12. EDN: TTNVTO.Vahromeev A. G., Ivanishin V. M., Akchurin R. Kh., Sverkunov S. A. The first conclusions made by the results obtained after the implementation of the drilling technology with combined regulated pressure for complex geological conditions of the Eastern Siberia. Stroitel’stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2019;9:5-12. (In Russ.). DOI: 10.30713/0130-3872-2019-9-5-12. EDN: TTNVTO.Заливин В. Г. Эффективные технологии применения отверждаемых пен при креплении скважин // Науки о Земле и недропользование. 2019. Т. 42. № 4. С. 511–528. DOI: 10.21285/2686-9993-2019-42-4-511-528. EDN: WLUTHI.Zalivin V. G. Effective technologies for the use of hardenable foams in well plugging. Earth sciences and subsoil use. 2019;42(4):511-528. (In Russ.). DOI: 10.21285/2686-9993-2019-42-4-511-528. EDN: WLUTHI.McLean M.R., Addis M. A. Wellbore stability analysis: a review of current methods of analysis and their field application // Proceedings of the IADC/SPE Drilling Conference (Houston, 27 February – 2 March 1990). Houston, 1990. P. SPE-19941-MS. DOI: 10.2118/19941-MS.McLean M.R., Addis M. A. Wellbore stability analysis: a review of current methods of analysis and their field application. Proceedings of the IADC/SPE Drilling Conference. 27 February – 2 March 1990, Houston. Houston; 1990, p. SPE-19941-MS. DOI: 10.2118/19941-MS.Fundamentals of numerical reservoir simulation / ed. D. W. Peaceman. Amsterdam: Elsevier, 1977. 176 p. DOI: 10.1016/S0376-7361(08)X7013-X.Peaceman D. W. Fundamentals of numerical reservoir simulation. Amsterdam: Elsevier; 1977, 176 p. DOI: 10.1016/S0376-7361(08) X7013-X.Guo B., Lyons W. C., Ghalambor A. Petroleum production engineering: a computer- assisted approach. Oxford: Gulf Professional Publishing, 2007. 288 p. DOI: 10.1016/B978-0-7506-8270-1.X5000-2.Guo B., Lyons W. C., Ghalambor A. Petroleum production engineering: a computer-assisted approach. Oxford: Gulf Professional Publishing; 2007, 288 p. DOI: 10.1016/B978-0-7506-8270-1.X5000-2.Renpu W. Advanced well completion engineering. Amsterdam: Gulf Professional Publishing, 2011. 715 p. DOI: 10.1016/C2010-0-66820-9.Renpu W. Advanced well completion engineering. Amsterdam: Gulf Professional Publishing; 2011, 715 p. DOI: 10.1016/C2010-0-66820-9.Satter A., Iqbal G., Buchwalter J. Practical enhanced reservoir engineering: assisted with simulation software. Tulsa: PennWell Publishing, 2008. 688 p.Satter A., Iqbal G., Buchwalter J. Practical enhanced reservoir engineering: assisted with simulation software. Tulsa: PennWell Publishing; 2008, 688 p.Well cementing / eds E. B. Nelson, D. Guillot. Schlumberger: Sugar Land, 2006. 773 p.Nelson E. B., Guillot D. Well cementing. Schlumberger: Sugar Land; 2006, 773 p.Smith M. B., Montgomery C. Hydraulic fracturing. Boca Raton: CRC Press, 2015. 812 p. DOI: 10.1201/b16287.Smith M. B., Montgomery C. Hydraulic fracturing. Boca Raton: CRC Press; 2015, 812 p. DOI: 10.1201/b16287.Van Golf- Racht T. D. Fundamentals of fractured reservoir engineering. Amsterdam: Elsevier, 1982. 710 p. DOI: 10.1016/S0376-7361(08) X7018-9.Van Golf- Racht T. D. Fundamentals of fractured reservoir engineering. Amsterdam: Elsevier; 1982, 710 p. DOI: 10.1016/S0376-7361(08) X7018-9.Lee J., Wattenbarger R. A. Gas reservoir engineering. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 1996. 349 p. DOI: 10.2118/9781555630737.Lee J., Wattenbarger R. A. Gas reservoir engineering. Richardson: Society of Petroleum Engineers; 1996, 349 p. DOI: 10.2118/9781555630737.Joshi S. D. Horizontal well technology. Tulsa: PennWell Publishing Company, 1991. 535 p.Joshi S. D. Horizontal well technology. Tulsa: PennWell Publishing Company; 1991, 535 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.