Способы бурения наклонно направленных скважин

2. Цели и способы бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин

За последние 20 лет доля крупных месторож­дений, среди вновь открываемых, снизилась с 1 5 до 1 0 %. При этом ухудшаются коллекторские свойства продуктивных отложений и качественный состав насыщающих их флюидов. Высокая выработанность запасов углеводородов обусловлива­ет обводненность продукции и снижение дебитов скважин. Из-за несовершенства техники и технологии разработки нефтеотдача нефтегазовых пластов не превышает 30—40 %. Более полное извлечение углеводородов из пластов является важной народнохозяйственной задачей.

Вскрытие продуктивной толщи направленными, в том чис­ле горизонтальными и разветвленно-горизонтальными сква­жинами, позволяет следующее:

повысить продуктивность скважины за счет увеличения площади фильтрации;

продлить период безводной эксплуатации скважин;

увеличить степень извлечения углеводородов на месторож­дениях, находящихся на поздней стадии разработки;

повысить эффективность закачки агентов в пласты;

вовлечь в разработку пласты с низкими коллекторскими свойствами и с высоковязкой нефтью;

освоить труднодоступные нефтегазовые месторождения, в том числе морские;

улучшить технологию подземных хранилищ газа.

Направленной будем называть такую скважину, ко­торую пробурили вдоль запроектированной пространствен­ной трассы и попали в заданную цель, а ее забой и фильтро­вая зона не только располагаются в заданной области горных

пород, но и ориентированы в соответствии с проектом отно­сительно простирания пласта.

Кроме совершенствования технологии разработки нефтя­ных и газовых месторождений направленные скважины эф­фективны во многих других случаях:

при бурении в обход осложненных зон горных пород;

при бурении под недоступные или занятые различными объектами участки земной поверхности;

при глушении открытых фонтанов;

при вскрытии крутопадающих пластов и т.д.

Частными случаями направленной скважины являются вертикальная и горизонтальная.

Горизонтальная скважина — это такая скважина, которая имеет достаточно протяженную фильтровую зону, соизмеримую по длине с вертикальной частью ствола, пробу­ренную преимущественно вдоль напластования между кров­лей и подошвой нефтяной или газовой залежи в определен­ном азимутальном направлении. Основное преимущество го­ризонтальных скважин по сравнению с вертикальными со­стоит в увеличении дебита в 2 — 10 раз за счет расширения области дренирования и увеличения фильтрационной поверх­ности (табл. 10.1).

Эксплуатационные характеристики некоторых горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными

Глубина продуктив­ного плас­та, м

Длина горизонта­льного участка, м

Дебит горизонта­льной скважины, т/сут

Дебит вертикаль­ной сква­жины, т/сут

Кратность увеличения дебита

Тереклинс кая (РФ)

Первоочередными объектами использования направленных скважин являются:

-морские месторождения углеводородов;

-месторождения на территории с ограниченной возможно­стью ведения буровых работ;

-залежи высоковязких нефтей при естественном режиме фильтрации;

-низкопроницаемые, неоднородные пласты-коллекторы ма­лой мощности;

-карбонатные коллекторы с вертикальной трещиноватос-тью;

-переслаивающиеся залежи нефти и газа; залежи на поздней стадии разработки.

Основной недостаток направленных скважин — их срав­нительно высокая стоимость. В начале 80-х годов стоимость горизонтальной скважины превышала стоимость вертикаль­ной скважины в 6—8 раз. В конце 80-х годов это соотноше­ние понизилось до 2 — 3. По мере накопления опыта бурения в конкретном районе стоимость направленных скважин уменьшается и может приблизиться к стоимости вертикаль­ных скважин. С позиций добычи нефти и газа экономичес­ки целесообразно, если извлекаемые запасы из направленной скважины во столько раз больше, во сколько раз дороже направленная скважина по сравнению с вертикальной. При­чем это количество нефти должно быть добыто в более ко­роткие сроки.

Направленное бурение скважин имеет свою историю. В 1930 г. на Хантингтонском пляже в Калифорнии буровой подрядчик предложил разбуривать нефтяное месторождение в океане буровой установкой, смонтированной на длинном, выступающем в океан пирсе. В то время это была обычная практика. Однако по той или иной причине местные офици­альные лица запретили такой метод разбуривания. Тогда не­угомонный буровой подрядчик смонтировал буровую уста­новку на берегу в отдалении от пляжа и пробурил наклон­ную скважину под морское дно.

Этот бурильщик не изобрел наклонное бурение. Скважи­ны отклоняли с 1895 г. для таких целей, как забуривание ствола в сторону в обход оборванного бурового инструмента. Больше того, вертикальные скважины оказывались самопро­извольно искривленными. В Оклахоме в 1 920-е годы отмечали большую разницу в глубинах скважин, пробуренных на один и тот же пласт-коллектор. Исследования инклинометром по­казали, что лишь некоторые из пробуренных скважин вертикальные; в большинстве же случаев проекция забоя оказы­валась достаточно удаленной от точки заложения скважины (от устья). Однако скважина на Хантингтонском пляже была первым зарегистрированным применением управляемого на­правленного бурения: в результате отклонения вдоль запла­нированного курса к подземной цели забой ствола оказался расположенным на заданном расстоянии по горизонтали от устья скважины.

К сожалению, этот опыт управляемого направленного бу­рения был немедленно оценен как возможность совершать запрещенные действия. Действительно, несмотря на все более широкое и законное использование хантингтонского опыта и в других местах, термин направленное бурение означал, что кто-то кого-то обманул. В Восточном Техасе досаждали неф­тяные дельцы, бурившие направленные скважины под за­претные зоны. Однако Восточный Техас был также регио­ном, где впервые использовали управляемое направленное бурение для других важных целей. Так, в 1934 г. для глушения открытого выброса из скважины вблизи каньона Дикого по­тока была пробурена разгрузочная направленная скважина, забой которой подвели близко к забою фонтанирующей скважины. Посредством нагнетания бурового раствора в на­правленную скважину под высоким давлением были созданы каналы между нею и фонтанирующей скважиной, по кото­рым фонтанирующую скважину заполнили буровым раство­ром и заглушили фонтан.

В течение десятилетий управляемое направленное бурение доказало свою полезность во многих аспектах использова­ния. Оно позволило эффективно эксплуатировать месторож­дения нефти и газа, а крупномасштабное морское бурение сделать экономически выгодным.

Направленное бурение становится специальностью. За ру­бежом, как правило, менеджер нефтяной компании нанимает сервисную компанию по направленному бурению, чтобы она составила проект направленной скважины, определила необ­ходимые управляющие инструменты и оказывала помощь на месте.

Как только владелец скважины одобряет проект, предста­витель сервисной компании становится членом буровой бри­гады. Непосредственно на месте сооружения скважины его основная работа — помогать бурильщику держать действи­тельный ствол скважины как можно ближе к ее запланиро­ванному курсу. Эта работа заключается в следующем.

1. Руководство конкретными действиями по управлению проводкой скважины по одиночным измерениям искривления и направления ствола на выбранных глубинах.

2. Расчеты и вычерчивание курса скважины на основании данных измерений.

3. Помощь бурильщику в выборе инструмента для откло­нения, чтобы управлять курсом скважины.

4. Помощь бурильщику ориентировать отклоняющие ин­струменты, чтобы внести необходимые изменения в курс скважины.

5. Определение забойной компоновки, необходимой для обеспечения нужного направления скважины.

6. Участие в рассмотрении специальных проблем бурения направленных скважин.

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: 10240 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник