Министерство образования и науки Республики Татарстан
Альметьевский государственный нефтяной институт
Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Бурение нефтяных и газовых скважин»
на тему: «Наклонно-направленное бурение»
Выполнил: студент гр. № 48-73,
Гиниятуллина Р.И.
Преподаватель: доцент,
Уразбахтин Н.Р.
Альметьевск, 2009
Содержание
Введение. 3
1. История развития метода наклонно-направленного бурения. 7
2. Наклонно-направленные скважины.. 13
3. Способы наклонно-направленного бурения на нефть и газ. 15
4. Отклонители. 19
5. Многозабойное бурение. 22
6. Забойная компоновка для бурения наклонно направленных скважин. 25
Заключение. 27
Список используемой литературы.. 30
Введение
Потребности человечества в углеводородном сырье, отсутствие надежной альтернативы нефти и газу как топливу требуют совершенствования технологий по извлечению разведанных запасов.
Основным средством изучения горных пород, вскрытых скважинами, стали в настоящее время геофизические методы исследований – измерения различных физических параметров, позволяющие определять геологические характеристики пород и контролировать режим работы пластов в процессе бурения скважин.
Наклонно-направленное бурение - способ сооружения скважин c отклонением от вертикали по заранее заданному направлению. Наклонно-направленное бурение применяется как при бурении скважин на нефть и газ, так и при разведке твёрдых п. и.
Наиболее эффективная область использования наклонно-направленное бурение - при разработке месторождений в акваториях, в болотистых или сильно пересечённых местностях и в случаях, когда строительство буровых может нарушить условия охраны окружающей среды.
Наклонно-направленное бурение применяют также при бурении вспомогательных скважин для глушения открытых фонтанов, при многоствольном бурении или отклонении нижней части ствола вдоль продуктивного горизонта c целью увеличения дренажа.
Наклонно-направленное бурение нефтяных и газовых скважин осуществляется по специальным профилям. Профили скважин могут варьироваться, но при этом верхний интервал ствола наклонной скважины должен быть вертикальным, c последующим отклонением в запроектированном азимуте. При геолого-разведочных работах на твёрдые полезные ископаемые наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми станками c земной поверхности или из подземных горных выработок. Бурение таких скважин отличается тем, что вначале они имеют прямолинейное направление, заданное шпинделем бурового станка, a затем в силу анизотропии разбуриваемых пород отклоняются от прямолинейного направления.
Рост объемов наклонно-направленного бурения скважин с углами отклонения ствола скважин от вертикали более 50° обусловили ограничения по применению традиционных методов исследований с помощью аппаратуры, спускаемой в скважину на кабеле, и вызвали необходимость разработки специальных технологий доставки скважинных приборов в интервал исследований. Решение этой проблемы возможно с помощью бескабельных измерительных систем, доставляемых на забой с помощью бурового инструмента.
Накопленный фактический материал по естественному искривлению скважин позволил установить ряд общих закономерностей, учитывая которые буровики научились проходить скважины в строго заданном направлении. Такие скважины получили название наклонно-направленных и горизонтальных. Искусственное отклонение — это направление ствола скважины в процессе бурения по определенному плану доведением забоя до заданной точки. Искусственное отклонение скважин подразделяется на наклонное многозабойное (разветвленно-направленное) и кустовое (многоствольное) бурение.
Кустовое бурение. Под кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а конечные забои находятся в точках, соответствующих проектам разработки месторождения. При кустовом бурении скважин значительно сокращаются строительно-монтажные работы в бурении, уменьшается объем строительства дорог, линий электропередачи, водопроводов и т.д.
Наибольший эффект от кустового бурения обеспечивается в условиях моря и в болотистых местностях. Впервые в СССР кустовое бурение было осуществлено под руководством Н.С. Тимофеева на о-ве Артема в Азербайджане. В настоящее время в кустах бурят 8 — 24 скважины и более. Одна из основных особенностей проводки скважин кустами — необходимость соблюдения условий непересечения стволов скважин.
К недостаткам кустового наклонно направленного способа бурения следует отнести вынужденную консервацию пробуренных скважин до окончания некоторой скважины данного куста в целях противопожарной безопасности, увеличение опасности пересечения стволов скважин, трудности в проведении капитального и подземного ремонтов скважин, а также в ликвидации грифонов в условиях морского бурения.
Многозабойное бурение. Сущность этого способа бурения состоит в том, что из основного ствола скважины с некоторой глубины проводят один или несколько стволов, т.е. основной ствол используется многократно. Полезная же протяженность скважин в продуктивном пласте и, следовательно, зона дренирования (поверхность фильтрации) возрастают.
Первая многозабойная скважина была пробурена в 1953 г. на Карташевском рифовом месторождении Башкортостана. Первая горизонтальная скважина, проходящая 130 м непосредственно по пласту мощностью около 30 м, была проведена в 1957 г. на Яблоновском месторождении Куйбышевской (ныне Самарской) области. Несмотря на то, что скважина была пробурена на сильно дренированный пласт, ее суточный дебит составил 40 т, что многократно превышало дебиты вертикальных скважин.
Во ВНИИБТ в результате работ по многозабойному и горизонтальному бурению разработаны специальные укороченные турбобуры Т12М2К, в которых впервые была применена проточная пята, отработана технология безошибочного попадания в дополнительные стволы, разработана система доставки геофизических приборов в горизонтальные стволы. Разработаны технические средства и методы, позволяющие достаточно надежно проводить горизонтальные стволы в заданном направлении. Бурение этих скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, разведку полезных ископаемых, снижает капиталовложения и уменьшает затраты дефицитных материалов.
В связи с все возрастающими объемами направленного бурения весьма актуальной становится проблема контроля за направлением ствола скважины в процессе ее бурения, проблема возможности управления этим процессом по намеченной программе. Комплекс измерительных датчиков контроля направления ствола скважины должен состоять из датчиков измерения угла наклона скважины и ее азимута. Для управления процессом направленного бурения измерительную систему оборудуют датчиком положения отклонителя.
1. История развития метода наклонно-направленного бурения
Метод прокладки коммуникаций, известный сегодня в России, как наклонно-направленное бурение (ННБ), официально был основан в США, в 72 году прошлого века Мартином Черрингтоном, в то время являющимся президентом строительной компании «Титан Контрактоз», в штате Калифорния.
Метод возник, как альтернатива траншее, дающий наименьший экологический ущерб окружающей среде и не влияющий на водное препятствие. В ряде случаев, экономически более выгодный, по отношению к традиционной укладке.
Предыстория этого события берет начало в середине 60-х годов во время первого знакомства Черрингтона с управляемым бурением. Оно стало предпосылкой для создания небольшой буровой установки, сотрудничества с электрослужбами и работами по укладке бытовых коммуникаций под дорогами.
Первое предложение по укладке трубы под рекой поступило ему в 1971 году. Это было строительство газопровода диаметром 115 мм и длиной 231 м, под р.Паджеро в Калифорнии. Газопровод был уложен, но трудности при работах по управлению буром наталкивали на мысли о незрелости этого метода для таких объектов. В результате работники компании Титан вернулись к своим «дорогам». Не малую роль для возвращения к этому вопросу сыграла статья в журнале с описанием работ на реке, которая вышла начале 1972 года, и тем самым привлекла заказчиков, которых не испугали возможные трудности.
В дальнейшем, по мере развития нефтяной промышленности, проекты по пересечению рек методом ННБ заняли важное место на рынке строительства.
Так к 1992 году было построено уже 2400 переходов: - диаметр возрос до 1200 мм; - максимальная длина перехода достигла 1800 м; - суммарная длина превысила 800 км.
Методы прокладки непрерывно менялись и совершенствовались. Не всегда труба укладывалась посредством затягивания буровой установкой, до 1978 г. это производилось только методом проталкивания.
В 1980 году в одну скважину впервые осуществили протяжку пучка из 3 труб. Значительно расширилась география распространения метода: США, Австралия, страны Европы, Азии и Южной Америки. При этом прокладка трубопроводов осуществлялась через крупные реки мира: Миссисипи, Миссури, Ганг и др.
Расширился круг компаний, освоивших производство буровых установок, и сегодня поставщиками на рынок оборудования ННБ, помимо США, являются Германия, Франция, Голландия. Парк буровых установок разнообразен и включает в себя установки с тягово – толкающими усилиями, начиная от 1 тонны и до 450 тонн.
В чем заключается метод строительства коммуникаций с применением метода ННБ. В сущности, идея красива и проста, по заданной траектории, под препятствием, бурится скважина, в которую укладывают трубопровод.
Строительство, осуществляемое таким образом, имеет ряд преимуществ перед траншейным методом.
Во-первых, в отличие от традиционной укладки, ННБ дает возможность выполнения работ в стесненных условиях, что актуально при строительстве, как в городских условиях, так и в полевых в существующем техническом коридоре коммуникаций.
Во-вторых, это более сжатые сроки строительства.
В-третьих, это независимость от вида препятствия без оказания, какого-либо влияния на само препятствие, будь то здание, автомобильная или железная дорога, водная преграда, дамба, набережная стенка или же другие коммуникации. В любом случае, независимо от вида препятствия, метод обеспечивает надежную защиту трубопровода от внешних механических повреждений, возникающих в результате человеческой деятельности или действия природных сил.
Наряду с преимуществами наклонное бурение имеет свои сложности, и даже ограничения по его применению. Основным ограничением является, прежде всего, большая протяженность и диаметр укладываемой трубы. В мировой практике, говоря о возможностях метода ННБ без уточнения диаметра, указывают предел - 2000 м.
В России были построены единичные переходы протяженностью более 1000 м с диаметром труб не более 1020 мм. Основная масса построенных переходов диаметром 1020 – 1420 мм находится в диапазоне 500 – 700 м.
Другим ограничением метода ННБ являются сложные геологические условия. Сложными с этой точки зрения для метода ННБ являются галечниковые грунты, грунты с включением валунов, карстовых полостей, скальные, илистые грунты. Но с развитием технологии наклонно-направленного бурения и совершенствования оборудования, метод постепенно расширяет свои границы и область применения в сложных геологических условиях.
В общем случае эти два ограничения в совокупности с конструктивными параметрами буровых установок и технологии бурения, находящихся на вооружении у подрядчика и являются основными критериями оценки возможности строительства того или иного объекта.
В России как таковой метод прокладки трубопроводов посредством бурения возник в 30-е годы. В те годы прокладка осуществлялась под дорожными полотнами. В 70-80-годы была реализована программа по созданию отечественной буровой установки.
Разработки производились во ВНИИСТе совместно с заводом «Уралмаш» и в отраслевой научно-исследовательской лаборатории сооружения трубопроводов при МИНГ им. Губкина.
ВНИИСТом совместно с «Уралмаш» была разработана и изготовлена мощная буровая установка с тяговым усилием 450 тонн, но установка вследствие не совсем верной технической стратегии оказалась мало приспособленной к работе. Практически более применимые результаты были получены в МИНГ им Губкина. А именно, к 1991 году была разработана технология и создано два типа буровых установок, применение которых позволило построить 5 опытно – экспериментальных, промышленных переходов трубопроводов через реки Клязьму, Нару, Сетуньку и Москву (диаметром от 150 до 720 мм и длиной от 104 до 180 м).
Произошедшие в государстве экономические и политические изменения негативно сказались на дальнейшем развитии отечественной технологии ННБ. Однако полученный практический опыт и знания не пропали зря и в начале девяностых годов сразу три фирмы (СКМ – Гейзер, НПП «Дромукс», Магистраль/Магма) сооружают малые переходы установками отечественного производства. Эти установки отличаются от западного оборудования, тем, что в качестве забойного оборудования для бурения пилотной скважины использовался электробур.
Более эффективно в освоении наклонно – направленного бурения развивались российские предприятия, выбравшие путь приобретения зарубежного оборудования и технологии.
В период 1994 – 1995 г.г. на рынке бывшего СССР появилось много компаний, предлагающих свои услуги по направленному бурению, это как компании имеющие мощное оборудование и прокладывающие трубопроводы через водные преграды (среди которых можно отметить Российско – германскую фирму ВИС МОС, внешнеэкономическую ассоциацию «Внештрубопроводстрой» (ВТПС), Мострансгаз и др.), так и фирмы имеющие оборудование для выполнения работ в городских условиях. Сегодня, наверное, в каждом областном центре Европейской части России и западной Сибири есть предприятие способное выполнить если не большие через реки, то небольшие в городских условиях объекты.
Отдельного внимания заслуживает вопрос о применении метода ННБ в ведомствах трубопроводного транспорта нефти и газа, при строительстве подводных переходов.
Возрастающие требования к безопасности и надежной эксплуатации магистральных трубопроводов диктуют освоение новых методов ремонта. Траншейный способ строительства подводных переходов имеет ряд недостатков и не в полной мере отвечает современным требованиям: а именно необходимому уровню конструктивной надежности, безопасной эксплуатации и сохранению окружающей среды.
Очевидно, что эффективность и целесообразность использования ННБ на водных преградах, кроется в его преимуществах по отношению к традиционному способу:
во-первых, работы не оказывают помех судоходству;
во-вторых; большая экологическая безопасность при строительстве и эксплуатации, меньшее воздействие на водный объект и объекты водопользователей;
в-третьих, в случае большой глубины и ширины реки применение ННБ освобождает от необходимости использования специальных плавсредств, способных вести разработку грунта на глубине 15-20 м и имеющих высокую производительность. Которая необходима для своевременного завершения строительства перехода в период навигации. Особенно актуален этот вопрос для района Западной Сибири, где этот период составляет 4-5 месяцев;
в-четвертых, применение метода ННБ, в силу его большого заглубления, целесообразно на водных преградах с интенсивным прогнозируемым размывом дна реки и плановыми деформациями берегов до 5 – 10 м /год, так как не требуется проведение берегоукрепительных работ, вторичных затрат на ликвидацию размывов и оголения трубопровода.
Создание нормативной базы - одно из условий внедрения новых методов.
Первый нормативный документ для ННБ был разработан ВНИИСТом в 1986 г. (Р 584 – 85/ Миннефтегазстрой СССР). Это рекомендации, которые были разработаны для бурения опытных переходов диаметром до 720 мм с помощью установки изготовленной Уралмашзаводом.
Следующий - это документ «Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом» (СТН 51-4-92/ ГГК Газпром, СТН 06-92/Роснефтегаз, СТН 01-92/Роснефтегазстрой), разработанный в 1993 г. фирмами Магма и Магистраль.
Впоследствии были разработаны ведомственные нормы «Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения» ОАО "Газпром", и целый блок нормативных документов компании «АК «Транснефть».
Решение о закупке установок наклонно – направленного бурения и создание предприятия в системе АК «Транснефть» было принято в начале 1997 г. К этому времени были получены и проанализированы предложения на поставку оборудования ННБ от разных наиболее признанных мировых производителей данного оборудования. В результате переговоров, наиболее оптимальной была выбрана фирма Cherrington.
В этом же году АК «Транснефть» привлекла ряд институтов и предприятие к созданию ведомственной нормативной базы по строительству нефтепроводов:
ОАО «ВНИИСТ», г. Москва (Ведомственные нормы на проектирование и строительство подводных переходов методом ННБ, Технологические карты на строительство подводных переходов методом ННБ);
ЗАО «ПИРС», Омск (Калькуляция на строительство подводных переходов трубопроводов с использованием ННБ);
СП «ВИС МОС», г. Ульяновск (Требования к буровым растворам, применяемым при ННБ);
Государственный гидрологический институт, г.Санкт-Петербург (Инструкция по наблюдениям гидрологическими параметрами на пересекаемых магистральными нефтепроводами подводных переходов);
Геолого – разведочный институт. г. Москва (Программа реконструкции подводных переходов по результатам изучения геологических условий их эксплуатации).
В июле 1997 г. в системе АК «Транснефть» создано предприятие ООО «Транснефтьбурсервис», г. Самара. В 1998 году обществом получены лицензии Госгортехнадзора и Госстроя России на право производства работ по строительству с применением метода ННБ подводных переходов магистральных трубопроводов и других коммуникаций на территории Российской Федерации. В том же году ООО «Транснефтьбурсервис» построило этим методом четыре подводных перехода общей протяженностью 1811,8 м.
За прошедший период времени метод прошел всестороннюю апробацию и стал основным при решении задач строительства и реконструкции переходов. Компания «АК «Транснефть» за этот период накопила значительный опыт и внесла вклад в дальнейшее развитие ННБ. На начало 2003 года было построено 65 подводных переходов диаметром от 377 мм до 1220 м и протяженностью от 355 м до 1238 м. Строительство осуществлялось в самых различных по сложности грунтах.
2. Наклонно-направленные скважины
Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение забоя от вертикали, а ствол проводится по заранее заданной траектории, называются наклонно-направленными.
Наклонные скважины бурят, когда продуктивные пласты залегают под акваториями морей, озер, рек, под территориями населенных пунктов, промышленных объектов, в заболоченной местности, а также для удешевления строительства буровых сооружений.
Разработанные в настоящее время виды профилей для наклонно-направленных скважин делятся на две группы: профили обычного типа (представляющие собой кривую линию, лежащую в вертикальной плоскости) и профили пространственного типа (в виде пространственных кривых).
Типы профилей наклонно-направленных скважин обычного типа приведены на рис.1. Профиль типа А состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2 и прямолинейного наклонного участка 3. Его рекомендуется применять при бурении неглубоких скважин в однопластовых месторождениях, если предполагается большое смещение забоя.
Рис.1. Типы профилей наклонно-направленных скважин: 1 - наклонный участок; 2 - участок набора угла наклона ствола; 3 - прямолинейный наклонный участок; 4 - участок снижения угла наклона ствола.
Профиль типа Б отличается от предыдущего тем, что вместо прямолинейного наклонного участка имеет участок 4 естественного снижения угла наклона. Данный профиль рекомендуется применять при больших глубинах скважин.
Профиль типа В состоит из пяти участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2, прямолинейного наклонного участка 3, участка снижения угла наклона 4 и снова - вертикального 1. Его рекомендуется применять при проводке глубоких скважин, пересекающих несколько продуктивных пластов.
Профиль типа Г отличается от предыдущего тем, что в нем участки 3 и 4 заменены участком самопроизвольного снижения угла наклона 4. Данный профиль рекомендуется применять при бурении глубоких скважин, в которых возможны отклонения в нижней части ствола скважины.
Профиль типа Д состоит из вертикального участка 1 и участка набора угла наклона ствола 2. Для него характерна большая длина второго участка. Профиль рекомендуется при необходимости выдержать заданный угол входа
29-04-2015, 00:29