Способ бурения наклонно направленных скважин

Наклонно-направленное бурение скважин — технология

Наклонно-направленное бурение скважин применяется при выработке продуктивных пластов или с целью их разведки. Конструктивно состоят их ствола с вертикальными и наклонными участками, которые были заранее спроектированы. Отклонение от вертикальности согласно используемым методам составляет от 2 0 , а при глубинном бурении свыше 6 0 . Оно может быть обосновано естественным залеганием твёрдых пород или создано искусственно с целью учёта различных влияющих факторов.

Технология бурения

Бурение наклонно-направленных скважин осуществляется с использованием специальных профилей. Обязательным условием их применения является создание начального участка в строго вертикальном положении. При выполнении геологических разведывательных работ применяют шпиндельные буровые установки с поверхности земли или глубинных выработок. В силу различных прочностных характеристик залегающих горных пород происходит естественное изменение направления бурения.

Для скважин под добычу газа или нефти используют три метода:

Роторное наклонно-направленное бурение. Технология имеет прерывистый характер, который заключается в бурении скважины меньшего диаметра под определённым углом с использованием шарнирного устройства и дальнейшего бурения долотом нужного диаметра по плановомунаправлению. Согласно методу, дальнейшее бурение производится после заглубления бурильной колонны нужного диаметра по этому же направлению с помощью шарнирной установки или клиновой. Буровая оборудуется стабилизаторами для обеспечения полного контроля процесса.

Забойное наклонно-направленное бурение с применением турбобура или двигателя забойного типа. Способ является непрерывным при формировании отклонения от вертикального положения ствола скважины. По технологии поворот ствола осуществляется за счёт воздействия отклоняющей долото силы в колонне, способствующая его отклонению в заданном направлении. То есть управление осуществляется за счёт контроля искривляющей силы бура, действующей в нужном азимуте. Создание такой силы осуществляется с использованием специальных переводников с нарезанной резьбой.

Турбобур при наклонно-направленном бурении за счёт сил деформации стремится выровняться, но из-за наличия изгиба образуется момент силы, которая зависит от момента вращения бура. То есть, чем больше вращающий момент, тем больше угол наклона бурения. Предельный угол при этом составляет до 30 0 . Для увеличения угла применяют шпиндели, позволяющие перенести момент отклоняющей силы в точку размещения долота. Горизонтальные участки скважины можно получить при использовании эксцентриковых ниппелей.

Наклонно-направленное бурение с применением различных сочетаний буровых инструментов. В соответствии с методом, при изменении порядка бурения с применением разных инструментов создаётся скважина с необходимым направлением без использования отклонителей. Однако при этом данная технология имеет существенные ограничения по скорости бурения на максимальных оборотах, что считается значительным её недостатком.

Кустовое бурение наклонно-направленных скважин

При добыче нефти или газа методом наклонно-направленного бурения может возникать необходимость увеличения скорости откачки и уменьшения времени освоения продуктивных горизонтов во время создания новых или ремонта старых скважин. Если жёсткие ограничения по способу проходки до заданной области отсутствуют, то бурение может осуществляться путём продольного прохождения пласта. Протяжённость горизонтального участка при этом может превышать 1 км.

Кустовое наклонно-направленное бурение конструктивно представляет собой наличие единого устья и разветвлённой серии забоев, которые расположены в нескольких продуктивных пластах. Применяется при необходимости попадания в заданный продольный участок пласта или нескольких пластов, расположенных относительно недалеко друг от друга, а также для прокладки проводных и трубных коммуникаций под надземными и подземными препятствиями.

Ответвления скважин от устья при наклонно-направленном бурении могут выполняться в пирамидальном или конусном виде, а основания иметь округлую или многоугольную форму. При освоении многопластовых месторождений возможно увеличение скважин в кусте пропорционально существующему. При этом количество работающих буровых установок выбирается с учётом обеспечения максимальной производительности освоения продуктивного пласта.

Многозабойный метод бурения скважин

Многозабойное наклонно-направленное бурение используется для проходки базового ствола и дальнейшего забуривания с выполнением проходки нижней части пласта. Технология применяется в основном для разведки и разработки нефтяных месторождений. Осуществляется в пластах, отличающихся высокой устойчивостью и имеющие не менее 20 м монолитного пласта из твёрдых скальных пород. При глубине более 1500 м и отсутствии газового слоя многозабойное бурение сокращают из-за увеличения дренирования поверхности продуктивного пласта.

Радиальные. Состоят из горизонтального основного ствола, который разветвляется на несколько вспомогательных, расположенных радиально.

Разветвлённые. Согласно технологии, дополнительные стволы располагаются под определённым наклоном к основному.

Разветвлённые по горизонтали. Отличаются от предыдущего вида только наличием дополнительных стволов, расположенных под углом в 90 0 .

Многозабойное наклонно-направленное бурение дополнительных стволов выполняется сверху вниз или снизу вверх. Первый метод используется при проведении работ от разрабатываемого пласта к неизвестному. Эффективен при обнаружении полезного пласта ниже исследованного уровня, поэтому основное назначение метода — исследование близкорасположенных пластов. Технология бурения снизу вверх позволяет выполнить сгущение сети разведки пласта при необходимости выяснения или уточнения оставшегося запаса полезных ископаемых.

Заключение

Методы наклонно-направленного бурения позволяют наиболее эффективно разведывать и разрабатывать продуктивные пласты. Их выбор зависит от технических возможностей буровой установки, геологических особенностей, а также от типа залегающих пластов. Основным их преимуществом является быстрое прохождение сложных твёрдых пород за счёт изменения направления бурения.

Видео: Горизонтально направленное бурение

Источник

Бурение наклонно-направленных скважин

Наклонно-направленной скважиной называется скважина, спе­циально направленная в какую-либо точку, удаленную от верти­кальной проекции ее устья. Наклонное бурение в настоящее время широко применяется при бурении скважин на нефть, газ и твер­дые полезные ископаемые (рис. 8.4). Существует два способа буре­ния наклонных скважин:

роторный, представляющий собой прерывистый процесс ис­кривления ствола скважины последовательными зарезками (ухо­дами в сторону);

забойными двигателями, обеспечивающий непрерывный про­цесс искривления ствола скважины.

В Российской Федерации подавляющее большинство наклон­но-направленных скважин бурят с применением забойных двига­телей, тогда как за рубежом преобладает бурение таких скважин роторным способом, а забойные двигатели в основном использу­ют только на участке набора кривизны в заданном направлении. Отечественные и зарубежные специалисты считают наиболее пер­спективными для набора кривизны в заданном направлении вин­товые забойные двигатели. Эти двигатели имеют гораздо большую Мощность, чем турбобуры, более низкую частоту вращения вала, благоприятно сказывается при наборе кривизны.

Рис. 8.4. Примеры наклонного бурения скважин:

/ — проходка с морского основания; 2 — разбуривание морского нефтяного мес­торождения с берега; 3 — отклонение ствола скважины от сбросовой зоны (зоны разрыва) по направлению и нефтеносному участку; 4— проходка наклонной сква­жины, когда забой будет расположен под участком, недоступном для монтажа буровой установки; 5— бурение на нефтяные пласты моноклинального типа; 6 — бурение вспомогательной наклонной скважины для ликвидации пожара или от­крытого фонтана; 7 — уход в сторону при аварии; 8 — проходка наклонных сква­жин в районе замывания соляного купола; Н — нефть; В — вода; Г — газ; С — соль

Профили наклонных скважин.Профиль наклонной скважины дол­жен быть таким, чтобы при минимальной затрате средств и време­ни на ее проходку было обеспечено выполнение задачи, постав­ленной при бурении данной скважины.

При бурении наклонно-направленных скважин наибольшее распространение получили четыре типа профилей (рис. 8.5).

Профиль I (см. рис. 8.5, а) — наиболее распространенный. Состоит из трех участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполненного по плавной кривой, и треть­его участка 3 — по наклонной прямой. Этот профиль рекоменду­ется в основном для бурения наклонных скважин на одноплас-товые месторождения с большими отклонениями при средней глубине скважины.

Профиль II (см. рис. 8.5, б) состоит из четырех участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выпол­ненного по кривой с нарастающей кривизной, третьего участка 3 —по наклонной прямой и четвертого участка 4 — по кривой с убы­вающей кривизной. Часто этот профиль применяется в несколько видоизмененном виде — отсутствует участок 3, т.е. сразу за участ­ком 2 с нарастающей кривизной следует участок 4 с убывающей кривизной. Профиль этого типа обычно применяют при бурении наклонных скважин глубиной до 2500 м.

Профиль III (см. рис. 8.5, в) — менее распространен, чем первые два. Состоит из двух участков: верхнего участка 1 — верти­кального и второго участка 2, выполненного по кривой, посте­пенно увеличивающей угол наклона ствола. Бурение скважин по такому профилю осуществляется в тех случаях, когда необходимо выдержать заданные углы входа ствола скважины в пласт.

Профиль IV (см. рис. 8.5, г) — применяется при бурении глубоких наклонных скважин. Этот профиль отличается от преды­дущих тем, что к вертикальному участку 7, участку 2, выполнен­ному по кривой, и участку 3, представляющему наклонную пря­мую, добавляется криволинейный участок 4, характеризующийся снижением полученной кривизны, т.е. выхолаживанием ствола, доходящим до вертикали, и прямой вертикальный участок 5. Про­филь такого типа следует применять в тех случаях, когда нижний участок скважины имеет несколько продуктивных горизонтов.

Рассмотренные выше профили представляют собой кривую линию, расположенную в одной вертикальной плоскости. Такие профили называются профилями обычного типа. В бурении иногда приходится прибегать к профилям, которые представляют собой пространственную кривую линию, напоминающую винтовую или спиральные линии — профили пространственного типа. Скважи­ны по профилю этого типа бурят в тех районах, где велико вли-

Рис. 8.5. Профили наклонных скважин:

а — профиль I; б — профиль II; в — профиль III; г — профиль IV; 7 — вертикальный участок; 2 — участок с нарастающей кривизной; 3— наклон­ная прямая; 4 — участок с убывающей кривиз­ной; 5 — вертикальный участок

2. 3 0 Рис. 8.7. Отклонитель Р-1

яние геологических условий на самопроизвольное искривление ствола скважины. При построении профиля таких скважин стре­мятся максимально использовать закономерности самопроизволь­ного искривления скважин и тем самым свести к минимуму ин­тервалы бурения с отклонителем. В Российской Федерации буре­ние наклонно-направленных скважин с профилем пространствен­ного типа распространено в Грозненском нефтяном районе.

Отклоняющие устройства.Назначение отклоняющих устройств -создание на долоте отклоняющего усилия или наклона оси до­лота к оси скважины в целях искусственного ис­кривления ствола скважины в заданном или про­извольном направлении. Их включают в состав компоновок низа бурильных колонн. Они отли­чаются своими особенностями и конструктив­ным выполнением.

1. 4 0 Рис. 8.6. Кривой переводник

2. 2,5 е

В турбинном бурении в качестве отклоняющих устройств применяют кривой переводник, турбин­ные отклонители типа ТО и ШО, отклонитель Р-1, отклонитель с накладкой, эксцентричный ниппель и др.; в электробурении —в основном механизм искривления (МИ); в роторном бурении — откло­няющие клинья, шарнирные отклонители и др. Рассмотрим некоторые отклонители. Кривой переводник (рис. 8.6) — это наиболее рас­пространенный и простой в изготовлении и при­менении отклонитель при бурении наклонно-направ­ленных скважин. Он представляет собой толстостен­ный патрубок с пересекающимися осями присо­единительных резьб. Резьбу с перекосом 1. 4 0 на­резают в основном на ниппеле, в отдельных случа­ях — на муфте. Кривой переводник в сочетании с УБТ длиной 8. 24 м крепят непосредственно к за­бойному двигателю.

Отклонитель Р-1 (рис. 8.7) выполняется в виде отрезка УБТ, оси присоединительных резьб кото­рой перекошены в одной плоскости и в одном на­правлении относительно ее оси. Отклонитель Р-1 предназначен для набора зенитного угла до 90° и выше, изменения азимута скважины, зарезки но­вого ствола с цементного моста и из открытого ствола.

Отклонитель с накладкой — это сочетание кри­вого переводника и турбобура, имеющего на кор­пусе накладку. Высота накладки выбирается такой, чтобы она не выдавалась за габаритные размеры долота. Отклонитель с накладкой при применении

односекционных турбобуров обеспечивает получение больших уг­лов наклона скважины. Его рекомендуется применять в тех случа­ях, когда непосредственно над кривым переводником необходимо установить трубы малой жесткости (немагнитные или обычные бу­рильные трубы).

Отклоняющее устройство для секционных турбобуров представ­ляет переводник, соединяющий валы и корпуса верхней и нижней секции турбобура под углом 1,5. 2,0°, причем валы соединяются с помощью муфты.

Турбинные отклонители (ТО) конструктивно выполняются по­средством соединения нижнего узла с верхним узлом через кри­вой переводник, а валов — через специальный шарнир. Серийно выпускаются турбинные отклонители (рис. 8.8) и шпиндели-от-клонители (ШО).

Турбинные отклонители имеют следующие преимущества:

кривой переводник максимально приближен к долоту, что уве­личивает эффективность работы отклонителя;

значительно уменьшено влияние колебания осевой нагрузки на величину отклоняющей силы на долоте, что позволяет получить фактический радиус искривления, близкий к расчетному.

Недостаток турбинных отклонителей — малая стойкость узла искривленного соединения валов нижнего и верхнего участков отклонителя.

Эксцентричный ниппель представляет собой отклонитель, выпол­ненный в виде накладки, приваренной к ниппелю турбобура. Приме­няется этот отклонитель при бурении в устойчивых породах, где от­сутствует опасность заклинивания или прихвата бурильной колонны.

Рис. 8.8. Турбинный отклонитель ТО-2: турбинная секция; 2 — шарнирное соединение; 3 — шпиндельная секция

Упругий отклонитель состоит из специальной накладки с рези­новой рессорой. Накладка приваривается к ниппелю турбобура. Этот отклонитель применяют при бурении в породах, где эксцентрич­ный ниппель не применим из-за опасности прихватов.

Механизм искривления — это отклонитель для бурения наклон­но-направленных скважин электробуром. В таких механизмах валы двигателя и шпинделя сопрягаются под некоторым углом, что до­стигается применением зубчатой муфты сцепления.

Отклоняющие приспособления в роторном бурении.Отклонение ствола скважин от вертикали осуществляется с помощью клино­видных или шарнирных отклонителей (рис. 8.9). Отклонители при­меняют только в начальный момент для придания стволу скважи­ны необходимого искривления. После того как ствол скважины отклонен в необходимом направлении, дальнейшие работы по искусственному искривлению ствола производят различными ком­поновками низа бурильной колонны при соответствующих режи­мах бурения. Применяют несъемные отклонители, остающиеся в скважине, и съемные, которые удаляют после того как пробурят в установленном направлении около 15 м нового ствола. Несъем­ные отклонители применяются в обсаженных скважинах.

Ориентированный спуск бурильной колонны в скважину.Бурение наклонной скважины по заданному профилю возможно в том слу-

чае, когда, начиная с момента забуривания, отклонитель точно ориентируется в проектном азимуте.

До набора кривизны в 5° ориентирование отклонителя произ­водят путем непрерывного прослеживания с поверхности его по­ложения в скважине во время спуска бурильной колонны. Извест­но много способов ориентированного спуска (визирование на один намеченный ориентир каждой бурильной свечи, спускаемой в сква­жину при помощи визирной трубы; непрерывное измерение тео­долитом углов поворота свечей при спуске; по меткам на буриль­ных трубах и т.д.).

В практике наклонного бурения наибольшее распространение получили методы прямого визуального ориентирования отклони­теля путем прослеживания его действия при спуске инструмента по меткам. Для осуществления этого способа ориентирования пер­воначально бурильный инструмент подготавливают: наносят мет­ки на замках бурильных труб по одной образующей. Для этого при­меняют специальные шаблоны: шаблон с уровнем или шаблон типарБШН (рис. 8.10).

Рис. 8.9. Отклоняющие приспособления для бурения наклонных скважин

а — работа с отклоняющим клином: 1 — установка клина; 2 — забуривание ствола; 3 — извлечение клина; 4 — расширение ствола; б — работа с шарнирным откло-нителем: 1 — установка отклонителя; 2, 3 — забуривание наклонного ствола; 4 —расширение ствола Рис. 8.10. Шаблон:а — с уровнем: 1 — уровень; — шаблон; 3 — бурильная тру­ба; б — ОБШН: 7 — шаблон; 2 — уровень

Бурильную трубу выкатывают на мостки и на один из замков устанавливают шаблон типа ОБШН. Перемещая шаблон вокруг оси бурильной трубы, совмещают пузырек уровня с центральными де­лениями на пробирке. В этот момент вдоль скоса, размер которого соответствует размеру данной трубы, прочеркивают линию. Затем шаблон переносят на другой замок трубы, следя за тем, чтобы положение трубы было неизменным. Шаблон снова устанавлива­ют с той же стороны от оси трубы и повторяют ту же операцию. Операции с шаблоном Григоряна производят аналогично рассмот­ренному выше, только линия прочерчивается по среднему острию шаблона. По этим линиям секачем или путем наварки наносят метки (+). Все другие метки на трубе должны быть ликвидированы.

На буровой установке нужно иметь столько труб с метками, сколько требуется их для спуска до глубины искривления и допол­нительно семь-восемь труб для наращивания в процессе работы.

После проведения подготовительных работ приступают к сбор­ке отклоняющей компоновки. Компоновка собирается согласно про­грамме работ на проводку скважины, включает в себя долото, за­бойный двигатель, отклоняющее устройство (чаще всего кривой переводник) УБТ и спускается в скважину для забуривания на­клонного ствола. Для того чтобы знать положение отклонителя, при спуске инструмента фиксируют взаимное положение меток на трубах каждого соединения. Расстояние между метками определя-

Рис. 8.11. Ориентированный спуск бурильной колонны:

/ — бурильная труба; 2 — УБТ; 3 — бумажная лента; 4 — кривой переводник; 5 — забойный двигатель; 6 — ведущая бурильная

ют металлической рулеткой или другим Магнитный!
наиболее распространенным способом — полюс 1

Рис. 8.12. Схема ориенти­рования отклонителя на роторе

с помощью бумажной ленты, которая представляет собой полоску плотной бу­маги шириной 8. 10 см и длиной, рав­ной или несколько большей длины ок­ружности замка бурильных труб. Полоску бумаги перегибают пополам и на середи­не ее длины делают отметку (черточку) О (отклонитель). Отметка О совмещается с меткой на кривом переводнике, а про­тив метки на ниппеле (УБТ) на бумаж­ной ленте наносят отметку и надписыва­ют У (рис. 8.11). Компоновку спускают в скважину и навинчивают бурильную тру­бу. После закрепления соединения метка У на бумажной ленте со­вмещается с меткой на муфте УБТ. Против метки на ниппеле бу­рильной трубы на бумажной ленте наносят отметку 1 и компоновку спускает в скважину на длину бурильной трубы. Навинчивают вто­рую трубу и закрепляют, отметку 1 на ленте совмещают с меткой на муфте первой трубы и против метки на ниппеле второй трубы на ленте наносят отметку 2, а предыдущую отметку 1 зачеркивают. Таким образом, на бумажной ленте фиксируют расстояние между метками всех спускаемых бурильных труб. После спуска всех бу­рильных труб навинчивают ведущую бурильную трубу (квадрат). Отметку 3 последней бурильной трубы на ленте совмещают с меткой на муфте трубы, и отметку О, указывающую направление действия отклонителя, переносят на переводник ведущей бурильной трубы. В ГТН указан азимут направления приемных мостков ср_м и проект­ный азимут отклонения забоя скважины ф_пр. Для установки откло­нителя в требуемом направлении определяют разность К = ф_пр —

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 10246 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник