какие скважины относятся к наклонно направленным

Наклонно-направленные скважины

В настоящее время существует несколько видов искусственно искривленных скважин, среди которых:

Наклонно-направленными скважинами называются такие скважины, которые имеют специальное направление в любую точку, находящуюся на определенном расстоянии от вертикальной проекции ее устья. К таким видам скважины относятся в том случае, если их отклонение по вертикали составляет:

Бурением наклонно-направленных скважин называется такой метод строительства скважин, во время которого скважины характеризуются сложным пространственным профилем, который включает в себя вертикальный верхний интервал, с дальнейшими участками, имеющими заданные отклонения от вертикали. Такой вид скважин зачастую формируется во время как разведки, так и добычи нефти и газа, особенно, при многоствольном бурении.

Строительство наклонно-направленных скважин впервые начали практиковать, начиная с середины ХХ века. Авторство данной технологии принадлежит американским нефтяникам Джону Истману, Роману Хайнсу, а также Джорджу Фейлингу. Именно они впервые использовали этот метод с целью добычи нефти из Техасского месторождения Конро в 1934 году. Спустя семь лет данная технология была применена в СССР для добычи полезных ископаемых на суше, а еще через некоторое время е также применили во время разработки месторождения в Каспийском море.

Развитие технологии контролируемого бурения происходило постепенно. Чтобы осуществить отклонение компоновки нижней части бурильной колонны от вертикали во время строительства наклонно-направленных скважин использовались клиновые отклонители. После этого бурение происходило роторными компоновками, как и обычно. Но такая технология формирования необходимых скважин зачастую не давала необходимых результатов, так как отклонения от целевых азимутов были значительно больше.

Начиная со второй половины ХХ века при строительстве данного вида скважин стали активно использовать компоновки, имеющие кривой переходник и забойный двигатель. Изначально угол кривых переходников был фиксированным и составлял от 0,5 до 1 градуса. Спустя некоторое время появились переходники, в которых стало возможно изменять уровень изгиба от 0 до 4 градусов. При этом не было необходимости поднимать компоновку на поверхность для изменения изгиба. Такие компоновки использовались совместно с забойным двигателем, формируя управляемы двигатель, способный работать в двух режимах – вращательном и скользящем. При работе в первом режиме роторный стол или верхний привод создает усилие, которое вращает бур. Во время второго режима бурильная колонна остается неподвижной, а забойный двигатель приводит в движение долото. При этом поворот колонны задает азимутальный угол отклонения, а изгиб управляемого переходника задает зенитный угол.

Конец ХХ века ознаменовался началом развития роторных управляемых систем – РУС. Благодаря появлению таких систем становится возможным управление наклоном скважины непосредственно при роторном бурении, при этом не прибегая к периодам скольжения. Сначала такие системы применялись исключительно с целью бурения скважин, имеющих большие отклонения от вертикали. Однако, спустя некоторое время РУС стали использоваться для строительства скважин любых профилей.

Наклонно-направленные скважины формируются для:

Наклонно-направленное бурение скважин имеет как свои преимущества, так и определенные недостатки. К преимуществам можно отнести следующие моменты:

Недостатками наклонно-направленного бурения являются:

Таким образом, бурение подобных скважин является популярным явлением во время добычи нефти и газа на территории Западной Сибири, севере европейской части, в Северном Кавказе, Татарстане, Башкортостане, Самарской области, а также многих других регионах.

На территории России наклонно-направленные скважины формируются, в большей степени, с применением роторного способа, а забойные двигатели, как правило, применяются исключительно на участках, где набирается кривизна в западном направлении. По мнению как отечественных, так и зарубежных специалистов, винтовые забойные двигатели имеют существенное преимущество во время набора кривизны в западном направлении.

Источник

Наклонно-направленное бурение

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 ННБ 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.

Горизонтально направленное бурение является частным случаем наклонного бурения.

Наклонно направленные скважины подразделяют на одно- и многозабойные.
При многозабойном бурении из основного, вертикального или наклонного ствола проходится дополнительно один или несколько стволов.

Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ.

Искусственное отклонение скважин делится на:

Искусственное отклонение вплоть до горизонтального применяется в следующих случаях:

1) при вскрытии нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между 2 я параллельными сбросами;

2) при отклонении ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;

3) при проходке стволов на нефтеносные горизонты, залегающие под соляными куполами, в связи с трудностью бурения через них;

4) при необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений промывочной жидкости;

5) горизонтальное бурение незаменимо при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, озер, каналов и болот, под жилыми или промышленными застройками, в пределах территории населенных пунктов

6) при проходке нескольких скважин на продуктивные пласты с отдельных буровых оснований и эстакад, расположенных в море или озере;

7) при проходке скважин на продуктивные пласты, расположенные под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы);

8) при необходимости ухода в сторону новым стволом, если невозможно ликвидировать аварию в скважине;

9) при забуривании 2 го ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;

10) при необходимости бурения стволов в процессе тушения горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;

11) при необходимости перебуривания нижней части ствола в эксплуатационной скважине;

12) при необходимости вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов;

13) при кустовом бурении на равнинных площадях с целью снижения капитальных затрат на обустройство промысла и уменьшения сроков разбуривания месторождения;

14) при бурении с целью дегазификации строго по угольному пласту, с целью подземного выщелачивания, например, калийных солей и др.

Искусственное отклонение скважин в нефтяном бурении в основном осуществляют забойными двигателями (турбобуром, винтовым двигателем и реже электробуром) и при роторном бурении.

Основные способы искусственного отклонения скважин.

-Использование закономерностей естественного искривления на данном месторождении (способ типовых трасс).

В этом случае бурение проектируют и осуществляют на основе типовых трасс (профилей), построенных по фактическим данным естественного искривления уже пробуренных скважин.

Способ типовых трасс применим только на хорошо изученных месторождениях, при этом кривизной скважин не управляют, а лишь приспосабливаются к их естественному искривлению.

Необходимо также для каждого месторождения по ранее пробуренным скважинам определять зоны повышенной интенсивности искривления и учитывать это при составлении проектного профиля.

— Управление отклонением скважин посредством применения различных компоновок бурильного инструмента.

В этом случае, изменяя режим бурения и применяя различные компоновки бурильного инструмента, можно, с известным приближением, управлять направлением ствола скважины.

Этот способ позволяет проходить скважины в заданном направлении, не прибегая к специальным отклонителям, но в то же время значительно ограничивает возможности форсированных режимов бурения.

— Направленное отклонение скважин, основанное на применении искусственных отклонителей: кривых переводников, эксцентричных ниппелей, отклоняющих клиньев и специальных устройств.

Перечисленные отклоняющие приспособления используются в зависимости от конкретных условий месторождения и технико-технологических условий.

К наклонным скважинам при турбинном и роторном бурении на нефть и газ относятся в основном скважины, забуриваемые с поверхности вертикально с последующим отклонением в требуемом направлении, вплоть до горизонтального, т.е. под углом в 90 градусов.

Получив широкое распространение, одноствольное наклонное бурение не исчерпало своих резервов.

Возможность горизонтального смещения забоя относительно вертикали (проекции устья скважины на пласт) позволила создать вначале кустовой, а затем многозабойные методы бурения.

Техническое усовершенствование наклонного бурения явилось базой для расширения многозабойного и кустового бурения.

Под кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а конечные забои находятся в точках, соответствующих проектам разработки месторождения.

Горизонтальное и разветвленное горизонтальное бурение применяются для увеличения нефте- и газоотдачи продуктивных горизонтов при первичном освоении месторождений с плохими коллекторами и при восстановлении малодебитного и бездействующего фонда скважин.

При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать 1000 м.

К разновидностям кустового бурения можно отнести 2-ствольное последовательное, 2-ствольное параллельное и 3-ствольное бурение.

Преимущества параллельного 2-ствольного бурения скважин:

— возможность совмещения отдельных операций: подъем бурильного инструмента из одной скважины со спуском его в другую;

— промывка, выравнивание раствора и механическое бурение в одной скважине с геофизическим исследованием в другой.

— с одним комплектом бурильных труб и с одного подвышечного постамента осуществляют одновременную проходку 2 х наклонных или 1 й вертикальной и 2 й наклонной скважин.

При этом вместо обычного ротора применяют спаренные роторы типа РМБ-560, перемещающийся крон-блок типа К.

Источник

Назначение и область применения наклонно направленных скважин.

В процессе бурения скважины, подверженные естественному искривлению, могут не выйти на нефтегазоносные слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий.

Профили наклонно направленных скважин.

Для проектирования наклонно направленных скважин специального назначения применяется j-образный вид профиля, включающий вертикальный участок; участок начального искривления, тангенсальный участок и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла до проектной глубины.
Крупными регионами России, где осуществляется строительство кустовых наклонно направленных скважин, являются так же Тимано-Печоринский бассейн и Среднее Поволжье.
Если обратится к зарубежному опыту проводки наклонно направленных скважин, то можно отметить, что большинство скважин, проводка которых осуществляется ведущими буровыми фирмами в США и Англии, проектируются по S-образному четырехинтервальному профилю. Всё большее применение находит тангенсальный профиль, чаще всего используемый в целях достижения значительных отклонений от вертикали. При этом зенитный угол в конце участка начального искривления отклонителем обычно не превышает 10˚.

Данные профили проектируются в одной плоскости, т.е. являются плоскими. При проводке скважин в сложных горно-геологических условиях, когда геологические факторы оказывают значительное воздействие на траекторию скважины, используются профили пространственного типа, предусматривающие участки с естественно изменяющимся зенитным углом и азимутом. Проектирование такого профиля предполагает расчет координат устья скважины относительно координат проектной точки забоя с использованием выявленных закономерностей азимутального искривления скважины либо забуривание участка начального искривления отклонителем в азимуте, учитывающем закономерности естественного искривления скважины при дальнейшем бурении.
При бурении скважин на Ромашкинском месторождении нефти и прилегающих к нему площадях наибольшее распространение получил профиль S-образного типа, состоящий из вертикального участка, участка начального искривления и участка естественного уменьшения зенитного угла. При этом необходимый зенитный угол, определяемый с учетом фактической интенсивности его уменьшения на соответствующем интервале, зависит от глубины скважины по вертикали, длины вертикального участка и проектного отклонения конечного забоя скважины от вертикали.
Таким образом, все профили, используемые для проектирования наклонно направленных скважин, можно разделить на плоские и пространственные. В свою очередь плоские профили по форме выполнения завершающего интервала профиля разделяются на три типа:
S-образный, тангенсальный и J-образный.

Выбор и проектирование профиля наклонно направленной скважины.

Профиль добывающей наклонно направленной скважины состоит из направляющей части, включающей все участки профиля от устья скважины до точки с заданными координатами,
которая расположена в кровле или непосредственно в нефтесодержащем пласте, и завершающего участка, в пересекающего этот пласт в поперечном направлении. Так как для наклонно направленных скважин форма завершающего участка не регламентируется, то проектируется и рассчитывается только геометрия направляющей части профиля.

Основные моменты, которые должен обеспечить профиль наклонно направленной скважины:
— высокое качество скважины как объект последующей эксплуатации;
— бурение и крепление скважины с применением существующей технологии и технических средств;
— минимальные затраты при строительстве скважины;
— безаварийное бурение и крепление;
— минимальные нагрузки на буровое оборудование при спускоподъемных операциях.
Другими словами, выбор того или иного типа профиля скважины обуславливает в значительной степени выбор способа бурения, типа долота, гидравлической программы бурения, параметров режима бурения.

На выбор типа профиля оказывает влияние оснащенность буровых предприятий специальными устройствами для наклонно направленного бурения и технологической оснасткой нижней части бурильной колонны, а также средствами контроля за параметрами ствола скважины и проводкой интервалов ориентированного бурения.

Профиль ствола наклонно направленной скважины выбирается и проектируется с учетом назначения скважины; геологических и технологических особенностей её проводки, установленных ограничений на угол наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования и на проектной глубине.
Необходимость наличия вертикального участка скважины обусловлена конструкцией бурового подъемного оборудования, а также всего комплекса технологического оборудования для эксплуатации и ремонта скважины. Поэтому профиль всех наклонно направленных добывающих скважин на нефть и газ включает в вертикальный участок.

Длинна вертикального участка определяется прежде всего глубиной спуска обсадных колонн большего диаметра (более 245 мм), направления или кондуктора. В целях беспрепятственного спуска обсадных колонн большего диаметра забуривание наклонного участка планируют, как правило, в нижних интервалах. Кроме того, участок начального искривления располагают в интервалах залегания устойчивых горных пород, при бурении в которых за один рейс можно набрать проектное значение зенитного угла.

Технология проводки вертикального участка скважины.

Многолетний опыт разработки нефтяных месторождений позволил выработать типовую технологию проводки наклонных скважин современными буровыми установками. Практика показывает, что для бурения верхнего участка скважины целесообразно иметь на буровом станке средства создания осевой нагрузки на долото. Однако, ввиду сложности имеющихся систем нагружения долота, бурение обычно осуществляют под действием веса бурильной колоны. Кроме того, отсутствие систем подачи бурильного инструмента не позволяет верхний участок скважины бурить с определенным, наперед заданным зенитным углом.

Искривление скважины турбинными отклонителями.

Наибольшее применение при искусственном отклонении скважин от вертикали получили забойные гидравлические двигатели, в которых в качестве привода используются турбинные секции. В качестве специального инструмента для регулирования направления бурения отечественной промышленностью серийно выпускаются турбинные отклонители и шпинделе-отклонители.
В ряде случаев для отклонения скважины используют серийные турбобуры или забойные винтовые двигатели, спускаемые в скважину на кривом переводнике. Отклоняющая способность такого инструмента определяется жесткостью бурильных труб, расположенных выше кривого переводника, и боковой фрезерующей способностью шарошечного долота. Отклоняющая сила также зависит от геометрических размеров забойного двигателя. При использовании шпинделей- отклонителей, в которых перекос осей достигается в узле сочления турбинной секции со шпинделем, отклоняющая способность определяется теми же факторами. Опыт показывает, что отклоняющая сила в этом случае ввиду большей жесткости турбинной секции будет несколько выше.

Выбор конструкции скважин.

Конструкцию скважин выбирают исходя из требований успешного доведения скважин до проектных глубин; качественного вскрытия продуктивных горизонтов, обеспечивающего сохранность естественной проницаемости пласта или улучшающего ее; эксплуатация скважин известными методами в период разработки месторождений.
На конструкцию скважин оказывают влияние цель и способ бурения; число продуктивных горизонтов, подлежащих опробованию; способ вскрытия пласта и геологические условия бурения; глубина залегания продуктивных пластов, их продуктивность и коллекторские свойства; пластовые и поровые давления и давления гидроразрыва пород; физико-механические свойства разбуриваемых пород с точки зрения возникновения обвалов, осыпей, сужения, кавернообразования, передачи на обсадные колонны горного давления и т.д.
При проектировании конструкции скважин число и глубину обсадных колонн выбирают в соответствии с требованиями недопущения несовместимых условий бурения отдельных интервалов ствола, когда параметры технологического процесса бурения нижележащих интервалов вызывают осложнения в верхней необсаженой части скважины.

Источник

Какие скважины относятся к наклонно направленным

Одной из главных задач большинства скважин является попадание в назначенную точку проектного пласта, при этом, иногда, необходимо обеспечить и требуемый угол входа в пласт и заданную траекторию в пласте. Для решения этой задачи нужно уметь управлять трассой скважины, избегать или сводить к минимуму осложнения, которые могут проявляться в процессе проводки скважины в силу влияния различных геологических и технических причин. Практикой бурения освоено большое количество технических и технологических средств качественного строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин, важнейшие из которых описываются в настоящем методическом пособии. В процессе подготовки пособия, кроме научно–технической и учебной литературы, использовались и обязательные к исполнению при строительстве скважин на нефть и газ инструкции и правила безопасности.

Понятие о вертикальной, наклонно направленной и горизонтальной скважинах

В практике бурения скважин существуют понятия «вертикальная скважина» и «наклонно направленная (горизонтальная) скважина».

Вертикальными называются скважины, при бурении которых предпринимаются меры по ограничению естественного искривления и не используются методы искусственного искривления её оси. Обычно, в подавляющем большинстве случаев, все скважины искривлены. Поэтому, если максимальный зенитный угол скважины не превышает 5°, её принято считать условно вертикальной. Скважины с большим зенитным углом считаются естественно искривленными. В процессе бурения, скважины подверженные естественному искривлению, могут не попасть в заданную на кровле продуктивного пласта точку и, следовательно, не выполнить своего проектного назначения. Однако использование накопленных знаний о закономерностях искривления, результатов исследований влияния комплекса горно-геологических и технико-технологических факторов на характер искривления позволяют проводить скважины в заданном направлении. Такие скважины получили название наклонно направленных. В последние десятилетия получили широкое распространение наклонно направленные скважины с горизонтальным окончанием – горизонтальные скважин, разветвлено-наклонные, разветвлено-горизонтальные многозабойные скважины.

Цель и задачи направленного бурения скважин

Целью направленного бурения является попадание конечного забоя скважины в предварительно заданную точку продуктивного пласта. Как правило, эта точка задаётся на кровле продуктивного пласта и является центром круга допуска. При попадании забоя в этот круг проектное задание считается выполненным. Для различных горно-геологических условий, назначения скважины, ёе глубины (по вертикали) величина радиуса круга допуска колеблется в пределах 15-60м. Для горизонтальных скважин проект считается выполненным, если горизонтальная часть ствола не вышла за пределы проектных значений коридора, ограниченного двумя вертикальными и двумя горизонтальными плоскостями. Иногда направленное бурение производится с целью пересечения ствола аварийной, фонтанирующей нефтью или газом скважины для ее глушения.

Задачами, решаемыми с помощью направленного бурения, могут быть:

1) снижение затрат на разработку месторождения при бурении наклонно направленных скважин с кустовых площадок (кустовое бурение);

2) вскрытие продуктивного пласта под определенным углом для увеличения площади фильтрации;

3) проводка нескольких скважин с эстакад, платформ, расположенных в море или на озере;

4) проводка скважин до продуктивных пластов, расположенных под участками земли с сильно пересеченным рельефом (овраги, холмы, горы);

5) вскрытие продуктивных пластов под дном океанов, морей, озер, рек и болот;

6) уход в сторону из аварийной или малопродуктивной скважины путем забуривания бокового ствола;

7) вскрытие продуктивных пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;

8) отклонение ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;

9) вскрытие продуктивных пластов под соляными куполами в связи со сложностью бурения через них.

Направленное бурение может осуществляться и без применения специальных искусственных отклонителей – только на основе учета известных для данного района закономерностей искривления, но чаще оно производится с использованием таких устройств.

Основные понятия и определения

Искривлением скважины называется отклонение ее оси от вертикали или другого заданного направления в процессе бурения в силу естественных или искусственно созданных причин. Естественными причинами искривления скважин являются неоднородность по твердости разрушаемых долотом горных пород и наклонное залегание анизотропных по буримости пластов. Искусственно созданными причинами являются применение при бурении особых «отклоняющих» компоновок низа бурильной колонны (КНБК) и соответствующих режимов бурения.

Положение скважины в пространстве, можно изобразить, спроектировав ее ось на вертикальную и горизонтальную плоскость. Длину ствола обычно измеряют по мере бурового инструмента и при контрольных измерениях, проводимых геофизическими партиями по мере углубления скважины. Под осью скважины могут подразумеваться два понятия:

1) действительная ось — это геометрическое место точек центра разрушаемого забоя, перемещающегося при углублении скважины. Она представляет собой плоскую или пространственную кривую с локальными перегибами, отображающую фактическую форму ствола скважины;

2) приближенная ось, фиксируемая измерительной (инклинометрической) аппаратурой. Она отображает общее пространственное искривление ствола и носит название трассы скважины и представляет собой сглаженную по сравнению с действительной осью плоскую или пространственную линию, состоящую из отрезков прямых и простых дуг, имеющих общие касательные и примыкающих друг к другу. В дальнейшем под термином «ось» или «трасса» будет подразумеваться приближенная ось.

Вертикальная плоскость, касательная к оси наклонной скважины в данной точке оси, называется апсидальной плоскостью скважины. Изменение только зенитных углов в процессе бурения скважины вызывает ее зенитное искривление, оно происходит только в одной — вертикальной — плоскости, и через ось такой скважины можно провести только одну апсидальную плоскость. Изменение только азимутальных углов вызывает азимутальное искривление скважин. Практически, при искривлении скважин происходит совместное изменение зенитных и азимутальных углов, что вызывает пространственное искривление скважины. Положение её криволинейной оси в пространстве называется трассой скважины, которую иначе на практике называют профилем. Все скважины, пробуренные по плоскостной или пространственной криволинейной оси, являются искривленными. Таким образом, под искривлением скважины следует понимать изменение направления оси скважины в пространстве по отношению к ее начальному положению. Иногда под термином «искривление» неверно понимают расхождение между фактической и проектной трассами скважины. В результате при бурении скважины строго по проектной криволинейной трассе она оказывается якобы не искривленной. Расхождение между действительным положением (осью) скважины и ее проектным профилем следует называть отклонением скважины от проектной трассы.

Искривление скважин подчиняются определенным зависимостям. Многие из них имеют достаточно стабильный, постоянно повторяющийся характер и могут считаться закономерными; другие имеют случайный, не постоянный характер, их повторяемость и величины не стабильны, т. е. устанавливаются лишь с низкой степенью вероятности и являются незакономерными.

В общем случае, любое непреднамеренное искривление скважин, происходящее из-за непостоянства физико-механических, структурных и других свойств горных пород (геологические факторы) и технологических режимов их бурения (технологические факторы), действующих раздельно или совместно, может быть названо естественным искривлением скважин. Изменение положения оси скважины в пространстве с применением специальных средств (отклонителей), или в результате зара¬нее заданного изменения технологических режимов бурения и состава компоновок низа бурильной колонны и т. п. называется искусственным искривлением скважины. Изменение трассы скважины характеризуется ее кривизной, что количественно определяется по изменению ее зенитных и азимутальных углов. Степень происходящего при этом искривления скважины характеризуется интенсивностью искривления i, которая представляет собой приращение величины зенитного, или азимутального углов на единицу длины определенного интервала S ствола скважины.

На практике принято: для интервалов, где происходит интенсивное изменение зенитного угла, интенсивность выражать в градусах на 10 метров (обычно от 0.5 град/10м и выше) и для интервалов с малоинтенсивным изменением зенитного угла – в градусах на 100 метров (менее 0.5град /10м).

Источник