Наклонно-направленное бурение

Как видно из рис.1, все типы профилей в начале имеют вертикальный участок. Его глубина должна быть не менее 40...50 м. Окончание вертикального участка приурочивают к устойчивым породам, где можно за один рейс набрать зенитный угол 5...6 градусов.

Для отклонения скважины от вертикали применяют специальные отклоняющие приспособления: кривую бурильную трубу, кривой переводник, эксцентричный ниппель и отклонители различных типов.

В последние годы все большее распространение получают вертикальные и наклонные скважины, имеющие горизонтальные окончания большой протяженности. Это делается для того, чтобы увеличить площадь поверхности, через которую в скважину поступает нефть и соответственно увеличить дебит. Одновременно стало возможным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее неизвлекаемой, вследствие малой мощности и низкой проницаемости продуктивного пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной эксплуатации.

3. Способы наклонно-направленного бурения на нефть и газ

Существуют два способа наклонно-направленное бурение на нефть и газ. Первый (распространён в США) представляет собой прерывистый процесс проводки скважин c использованием роторного бурения (применяется c нач. 20в.). При этом способе c забоя скважины долотом меньшего диаметра, чем диаметр ствола скважин, забуривается углубление под углом к оси скважины на длину бурильной трубы (рис.2) c помощью съёмного или несъёмного клинового либо шарнирного устройства (рис. 3, рис. 4).

Рис. 2. Схема бурения клиновым устройством.

Рис. 3. Клиновой отклонитель.

Рис. 4. Шарнирный отклонитель.

Полученное таким образом направление углубляется и расширяется. Дальнейшее бурение ведётся долотом нормального диаметра c сохранением направления c помощью компоновки низа бурильной колонны, оснащённой стабилизаторами.

Второй способ, предложенный P. A. Иоаннесяном, П. П. Шумиловым, Э. И. Тагиевым и M. T. Гусманом в нач. 40-x гг. 20 в., основан на использовании турбобура либо др. забойного двигателя. Этот способ представляет собой непрерывный процесс набора искривления и углубления скважины долотом нормального диаметра. При этом способе для набора искривления используется такая компоновка низа бурильной колонны, при которой на долото в процессе бурения действует сила, перпендикулярная его оси (отклоняющая сила). B этом случае весь процесс наклонно-напраленного бурения сводится к управлению отклоняющей силой в нужном азимуте. Создание отклоняющей силы может осуществляться различными путями. Если турбобур односекционный, то для получения необходимой отклоняющей силы достаточно иметь над турбобуром переводник c перекошенными резьбами, либо искривлённую бурильную трубу (рис. 5).

Рис. 5. Турбинный отклонитель c искривлённой бурильной трубой.

При пропуске турбобура в скважину изогнутая часть компоновки над турбобуром за счёт упругих деформаций стремится выпрямиться, a в сечении изгиба возникает момент силы. Отклоняющая сила в этом случае равняется моменту силы, разделённому на расстояние от сечения изгиба до долота. Интенсивность набора угла искривления при описанной выше компоновке будет невысокой, a предельный угол искривления - менее 30°. Для более интенсивного набора искривления сечение изгиба, где возникает момент упругих сил, переносят ближе к долоту. Для этой цели применяются спец. шпиндели и турбобуры. Так как при таких шпинделях резко увеличивается отклоняющая сила, то интенсивность набора угла искривления и предельная величина искривления существенно увеличиваются.

Ha интенсивность набора угла искривления влияет также частота вращения долота и скорость подачи бурильной колонны в процессе бурения. Чем выше частота вращения долота и чем меньше скорость подачи бурильной колонны, тем интенсивнее, под действием отклоняющей силы, происходит фрезерование стенки скважины и тем интенсивнее искривление. Наибольшая интенсивность искривления может быть получена при применении в нижней части турбобура эксцентричного ниппеля, который позволяет выводить ствол скважины в горизонтальное положение.

Прямолинейные наклонные участки ствола скважины бурятся c компоновками, оснащёнными стабилизаторами. Ориентирование отклоняющей силы в нужном азимуте может осуществляться визирным спуском бурильной колонны либо c помощью инклинометра при установке над турбобуром диамагнитной трубы и магнитным устройством, расположенным в плоскости действия отклоняющей силы. Указанные методы ориентирования отклоняющей силы должны учитывать угол закручивания бурильной колонны, возникающий из-за реактивного момента турбобура, что в некоторой степени отражается на точности ориентирования. B 80-x гг. распространяются системы телеконтроля, позволяющие в процессе бурения контролировать направление действия отклоняющей силы. Зa рубежом при наклонно-направленным бурением интервалы набора искривления и выправления кривизны осуществляются в основном турбобурами либо объёмными двигателями, прямолинейные интервалы ствола бурятся роторным способом.

4. Отклонители

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.

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.

Рис. 6. Кривой переводник

Кривой переводник (рис. 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...40 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. 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.

Рис. 7. Отклонитель Р-1

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) и шпиндели-отклонители (ШО).

Рис. 8. Турбинный отклонитель ТО-2: 1 — турбинная секция; 2 — шарнирное соединение; 3 — шпиндельная секция

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.

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.

5. Многозабойное бурение

Многозабойное бурение - вид наклонно-направленного бурения, включающий проходку основного ствола c последующим забуриванием и проходкой в его нижней части дополнительных стволов, пересекающих геол. структуру.

Многозабойное бурение применяется c целью повышения эффективности буровых работ при разведке и добыче п. и., достигаемой за счёт увеличения доли полезной протяжённости стволов скважин.

Наиболее широко многозабойное бурение используется при разведке твёрдых п. и. При разработке нефтяных месторождений. Многозабойное бурение принято называть разветвлённо-горизонтальным бурением. Впервые это бурение осуществлено в США (1930). Использование забойных двигателей при многозабойном бурении впервые реализовано в CCCP по предложению A.M. Григоряна, B. A. Брагина, K. A. Царевича в 1949.

Схема многозабойного бурения.

Многозабойное бурение целесообразно в сравнительно устойчивых продуктивных пластах мощностью 20 м и более, напр. в монолитных или c прослоями глин и сланцев нефтеносных песчаниках, известняках и доломитах, при глубинах 1500-2500 м при отсутствии газовой шапки и аномально высоких пластовых давлений. M. б. сокращает число обычных скважин благодаря увеличению дренированной поверхности продуктивного пласта. Для проводки многозабойной скважины используется комплекс технических средств и контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающих проводку стволов в заданном направлении. Для искривления стволов применяются спец. снаряды, клинья, укороченные забойные двигатели c отклоняющими приспособлениями. Контроль пространственного положения ствола осуществляется c помощью инклинометра, дающего информацию об азимутальном и зенитном углах оси скважин. Дополнительные стволы имеют на участке набора кривизны резко искривлённые профили. Положение оси ствола в призабойной части может быть почти горизонтальным. B практике многозабойное бурение применяется две последовательности забуривания дополнительных стволов: "сверху - вниз" и "снизу - вверх". При забуривании "сверху - вниз" буровые работы идут в направлении от изученного объекта к неизвестному. Такой порядок работ позволяет своевременно прекратить бурение, например, в случае выклинивания рудного тела, и наоборот, продолжить бурение ниже проектной глубины, например, в случае неожиданного обнаружения полезных ископаемых. Поэтому забуривание "сверху - вниз" применяется при поисках и разведке месторождений, имеющих сложное строение зон залегания ископаемых: переменную мощность, крутое падение пласта, значительную протяжённость по глубине, неравномерное содержание полезных ископаемых. Последовательность проходки дополнительных стволов "снизу - вверх" наиболее целесообразно использовать при проведении буровых работ по сгущению разведочной сети, например, при работах по уточнению категорийности запасов полезных ископаемых.

Многозабойное бурение при разведке твёрдых полезных ископаемых обеспечивает получение максимальной и наиболее точной информации при минимальной её стоимости на 1 м проходки скважины. Экономия при этом образуется в основном за счёт сокращения затрат времени и средств, связанных c проходкой и креплением верхней, части ствола скважины, монтажно-демонтажными работами при перемещении буровой установки (станка) на новое место бурения.

Вскрытие нефтяных пластов многозабойными скважинами позволяет увеличить дебиты нефтяных скважин за счёт увеличения поверхности фильтрации; увеличить нефтеотдачу пласта; ввести в промышленную разработку малодебитные месторожденияния c низкой проницаемостью коллектора или высоковязкой нефтью; повысить приёмистость нагнетательных скважин, повысить точность проводки противофонтанных скважин за счёт перебуривания только нижних её интервалов в случае непопадания первым стволом. B нефтедобывающих районах эксплуатируются скважины c 5-10 ответвляющимися стволами длиной по 150-300 м каждый. Благодаря этому приток нефти на первом этапе эксплуатации в несколько раз больше, чем из обычных скважин. B нашей стране c помощью многозабойного бурения успешно проведены десятки скважин на нефть, разрабатывается и испытывается многозабойное бурение глубоких горизонтальных скважин большой протяжённости (неск. км).

6. Забойная компоновка для бурения наклонно направленных скважин

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно направленных скважин забойными двигателями в изменяющихся горно-геологических условиях.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей компоновки за счет изменения взаимо-расположения элементов компоновки в процессе бурения. Использование изобретения позволяет повысить производительность работы при бурении наклонно направленных скважин за счет сокращения интервала ориентированного набора зенитного угла и числа спуско-подъемных операций для замены компоновки.

Забойная компоновка для бурения наклонно направленных скважин, включающая направляющую штангу с долотом, забойный двигатель с правосторонним вращением ротора и упругий центратор, расположенный в нижней части направляющей штанги, шарнирную муфту, установленную вверхний части направляющей штанги, и удлинитель, отличается тем, что с целью расширения технологических возможностей за счет изменения взаиморасположения элементов компоновки в процессе бурения она снабжена установленным над шарнирной муфтой и соединенным левой резьбой со стационарной системой забойного двигателя децентратором с упругими опорными планкамии ограничителям его перемещения, установленным на верхнем конце компоновки, причем ограничитель выполнен с опорными ребрами.

Заключение

В современных буровых работах существует два основных метода бурения – вертикальное бурение и наклонно направленное бурение. Что такое вертикальное бурение, интуитивно понятно и неспециалисту. Вертикальное бурение осуществляется сплошь и рядом при организации водозаборных скважин в частных домах или на территориях предприятий. Этот вид бурения – самый простой и не требует особых расчетов и научных знаний.

Наклонно направленное бурение – немного другой случай. Данный метод, хотя его смысл и понятен из названия, не так прост. Очевидно, что наклонно направленное бурение применяют в тех случаях, когда по вертикали к водоносному пласту или месторождению полезных ископаемых нет возможности подступиться, то есть вертикальное бурение неприменимо. Например, месторождение или пласт располагается под горным массивом, водоемом или в районе интенсивной застройки.

В тех случаях, когда вертикальное бурение невозможно, необходимо провести тщательный расчет различных вариантов организации скважин и способов выполнения, и только потом начинать наклонно направленное бурение. Технологически наклонно направленное бурение – метод значительно более сложный, чем вертикальное бурение, требующий учета твердости грунта, залегания пластов различных пород, допустимых нагрузок на наклонные части скважин и т. п. В этом смысле вертикальное бурение намного проще в реализации и, соответственно, дешевле.

Появление наклонного бурения относится к 1894, когда С.Г.Войслав провёл этим способом скважину на воду близ Брянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложению Р.А.Иоаннесяна, П.П.Шумилова, Э.И.Тагиева, М.Т.Гусмана (1941) турбинным наклонно-направленным бурением положила начало внедрению наклонного турбобурения, ставшего основным методом направленного бурения в России, получившего применение за рубежом. Этим методом при пересечённом рельефе местности и на морских месторождениях бурят кусты до 20 скважин с одного основания. В 1938-1941 в разработаны основы теории непрерывного наклонного регулируемого турбинного бурения при неподвижной колонне бурильных труб. Этот метод стал основным при бурении наклонных скважин.

Недостатками наклонно-направленного и горизонтально-направленного бурения являются повышенная вероятность возникновения аварийной ситуации из-за использования клиньев, требования к прочности бурильных труб, необходимости частого использования отклонителей и приборов, что увеличивает. К основным достоинствам наклонно-направленного бурения относятся: возможность определения истинной мощности наклонных пластов, подсечения полезных ископаемых, залегающих в труднодоступных местах (горы, водоемы, болотистая местность и т. д.), обхода естественных препятствий (здания, дороги, реки и т. п.) при инженерно-техническом бурении и т. п. Наклонно-направленное и горизонтально-направленное бурение широко применяется при сооружении скважин различного назначения - группы А,Б,В,Г,Д.

Наклонно-направленное бурение - способ проведения скважины с отклонением от вертикали по заранее заданной кривой. Наклонно-направленное бурение впервые осуществлено в СССР на Грозненских нефтепромыслах (1934). В 1972 в СССР наклонно-направленное бурение сооружено около 25% общего метража скважин на нефть. Наклонно-направленное бурение оказывается целесообразным при: сложном рельефе местности (например, при расположении залежи под дном крупного водоёма или под капитальными сооружениями); геологических условиях залегания полезных ископаемых, не позволяющих вскрыть их вертикальными скважинами; кустовом бурении или многозабойном бурении; тушении горящих нефтяных и газовых фонтанов. При геологоразведочных работах наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми станками, причём скважина забуривается наклонно непосредственно с земной поверхности; при вскрытии нефтяных и газовых пластов. Наклонно-направленное бурение производится турбобурами или роторным способом (скважина с поверхности забуривается вертикально с последующим отклонением на заданной глубине в запроектированном направлении).

Отклонение скважины от вертикали при наклонно-направленном бурении (изменение зенитного угла и азимута бурения) осуществляется отклоняющими устройствами, например турбинными отклонителями. Бурение прямолинейно-наклонных участков производится с помощью бурильных устройств, включающих центрирующие и калибрующие элементы. Наибольшее отклонение от вертикали при наклонно-направленном бурение (3836 м) получено в США в заливе Кука: на остраве Сахалин отклонение составило 2453 м (1972).

Список используемой литературы

1. Горин А.С., Ю.И. Спектр, В.А. Красков, журнал «Трубопроводный транспорт нефти», №11 2003 г.

2. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М., Технология бурения нефтяных и газовых скважин., 2001 г.

3. Вадецкий Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967 г.

4. Абрамов Г. С., Барычев А. В., Камнев Ю. М., Молчанов А. А., Сараев А. А., Сараев А.Н., Опыт эксплуатации перспективы развития забойных инклинометрических систем с электромагнитным каналом связи. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», №1-2, 2001г.

5. Березин В.Л., Зиенко А.И., Минаев В.И./ Обзорная информация «Строительство предприятий нефтяной и газовой промышленности», серия «Механизация строительства», Выпуск 3, 1984 г.