Наклонно-направленное бурение скважин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОЛЛЕДЖ ИМЕНИ Ю.Г.ЭРЬЕ

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Наклонно-направленное бурение скважин

Учебная дисциплина:Технология бурения нефти и газа

Специальность: 131003

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: студент группы БСт (11)-11

                 Михеев И.А.                                                                                                

                                                               Проверил: Кед А.В.           

 

 

 

 

 

Тюмень 2013 год

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………......3

1.Общее представление о наклонно-направленном бурении нефтегазовых скважин………………………………………………………………………......4

1.1.Особенности технологии бурения наклонно-направленных скважин………………………………………………………………………......7

2.Направленное бурение скважин……………………………………………...9

2.1.Общие закономерности искривления скважин…………………………..12

2.2.Измерение искривления скважин…………………………………………13

2.3.Типы профилей и рекомендации по их выбору………………………….15

2.4.Технические средства направленного бурения…………………………..18

3.Бурение скважин с кустовых площадок……………………………………21

3.1.Особенности проектирования и бурения скважин с кустовых площадок………………………………………………………………………..22

4.Техника безопасности………………………………………………………..24

Заключение……………………………………………………………………..26

Список использованной литературы………………………………………….28

 

 

 

 

 

 

     Введение 
    Наклонно - направленное бурение давно стало основным видом бурения как на суше, так и на море при бурении скважин с платформ различных типов.Развитие техники и технологии направленного бурения является одним из эффективных путей повышения качества и экономичности буровых работ.   Несмотря на имеющиеся достижения в разработке новых технических средств при внедрении методов направленного бурения, пока еще не везде в полной мере используют благоприятные геолого-методические предпосылки для совершенствования методики поисков и разведки на основе направленного бурения, еще недостаточно высок общий технологический уровень выполнения работ.Более эффективно  в освоении наклонно – направленного  бурения развивались российские  предприятия, выбравшие путь приобретения зарубежного оборудования и технологии.Одновременно с развитием наклонно-направленного бурения существует тенденция повышения требований к точности попадания забоя скважин в заданную точку и к соблюдению проектного профиля скважины. В связи с этим возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины. При бурении наклонно-направленных скважин применяется комплекс маркшейдерских работ, включающий специальное оборудование, инструмент, приборы, особые технологические приемы, и связанный как с заданием направления ствола скважины в пространстве. Последнее является задачей инклинометрии.       Создание телеметрических систем контроля за положением отклонителя, забойными параметрами ствола скважины в процессе бурения (включая устройства управления режимами бурения) придало значительный импульс научно-техническому прогрессу в области бурения скважин на нефть и газ. В настоящее время телеметрические системы контроля в сочетании с методико-математическим и программным обеспечением дали технологам небывалые возможности, в корне изменив методы их работы.

Техника и технология направленного  бурения (НБ), отработанная методика проектирования и корректирования траектории геологоразведочных скважин являются одним из средств  совершенствования процесса геологоразведочных работ, обеспечивающим сокращение объёма бурения при одновременном повышении  информативности скважин. 

 

1.Общее представление о наклонно-направленном бурении нефтегазовых скважин

 

        Преднамеренное изменение направления оси скважины с целью управления траекторией ствола относится к наклонно направленному бурению. Иными словами, наклонно направленное бурение — это проводка скважины в заданном направлении по заранее предусмотренной, спроектированной траектории (профилю).Напротив, при наклонно направленном бурении искусственно искривляют ствол скважины в предусмотренном интервале и контролируют направление скважины по мере ее углубления, чтобы достичь заданного пункта в массиве горных пород.Независимо от того, является ли искривление скважины преднамеренным или самопроизвольным, бурение скважины, потерявшей прямолинейность, всегда сопряжено с определенными трудностями.Ошибки в определении позиции залежи, измерении мощности пласта, в подсчете запасов; повышение затрат на бурение 1 м скважины.В буровой практике чаще пользуются магнитным или условным азимутом.В практике бурения скважин на нефтяных и газовых месторождениях в интервале продуктивного объекта искривление скважины лимитируется кругом допустимого отклонения.Как было сказано выше, бурение искривленной скважины сопряжено со многими трудностями, и поэтому своевременное принятие мер по предупреждению искривления имеет очень большое значение для обеспечения высокой эффективности буровых работ.Установлено, что при бурении в толщах осадочных горных пород ствол скважины может выполаживаться и стремиться к направлению, перпендикулярному к напластованию, либо выкручиваться. Действие технологических факторов определяется способом бурения и  технологическим режимом.При вращательном бурении основными факторами, влияющими на искривление скважин, являются нагрузка на породоразрушающий инструмент, частота вращения, расход промывочной жидкости и ее параметры. Вместе с тем правильный подбор технологического режима бурения, обеспечивающего высокие скорости проходки ствола скважины, способствует борьбе с искривлением, поскольку позволяет сократить продолжительность действия некоторых факторов (например, предотвратить разрушение стенок скважины и сохранить зазоры близкими к номинальным). В комплексе мероприятий можно выделить следующие: использование УБТ, соответствующих диаметру скважины; применение квадратных и спиральных УБТ, позволяющих уменьшить зазоры между стенками скважины и утяжеленным низом; контроль качества нарезки соединительных резьб; контроль состояния бурильных труб (износа и искривления) и своевременная выбраковка труб, не годных для дальнейшего пршменения; строгий контроль за правильностью установки ротора и направления при выполнении монтажных работ; правильный подбор расхода промывочной жидкости и ее свойств, обеспечивающих стабильность ствола скважины; снижение осевой нагрузки на долото при бурении в крайне неблагоприятных геологических условиях.Практический опыт показывает, что правильно разработанная конструкция утяжеленного низа бурильных труб с учетом конкретных геологических условий бурения, диаметра скважины, нагрузки на долото, искривления ее ствола и допустимых пределов отклонения от заданной траектории скважины позволяет значительно уменьшить влияние различных факторов на прямолинейность ствола скважины. В практике бурения глубоких скважин находят применение различные по конструктивному исполнению компоновки.К недостаткам КНБК по принципу отвеса следует отнести то, что в ряде случаев составляющей веса недостаточно для полной компенсации приложенной к долоту отклоняющей силы, вследствие чего ствол скважины претерпевает искривление, и, кроме того, для усиления эффекта отвеса порой приходится снижать нагрузку на долото, что неблагоприятно сказывается на показателях бурения. Третья принципиальная схема (принцип  гироскопа) реализуется при турбинном  бурении, когда к вращающемуся с  большой скоростью валу турбобура  над долотом подсоединяют секцию утяжеленных бурильных труб длиной 12— 15 м. Проектирование конструкции КНБК сводится к выбору УБТ, соответствующих по диаметру и конфигурации условиям бурения, подбору опорно-центрирующих элементов, обеспечивающих достаточный ресурс работы в данных условиях, и определению местоположения их в КНБК, позволяющего сохранить прямолинейность низа бурильной колонны.Она зависит от нагрузки на долото, зазора между УБТ и стенкой скважины, зенитного угла, при роторном бурении — от расстояния между долотом и нижним центрирующим элементом, а также от частоты вращения инструмента. Если искривление скважины превысило допустимые пределы, для ее выправления применяют технические средства наклонно направленного бурения.Работы по проводке наклонно направленных скважин включают: проектирование, бурение искривленных участков ствола, бурение прямолинейно-наклонных участков ствола, маркшейдерские работы (задание направления стволу скважины, контроль за его пространственным положением). Либо особенностями залегания нефтяных пластов, не позволяющими вскрыть их вертикальными скважинами; применением кустового или многоствольного способа бурения на равнинных площадках, когда это экономически целесообразно и технически возможно; потребностью во вспомогательной скважине для тушения горящих фонтанов; зарезкой ответвленного ствола из основного для ликвидации аварии и при капитальном ремонте скважин.Выбор конфигурации профиля сводится к определению очередности бурения участков, обеспечивающих наиболее благоприятные условия проводки наклонно направленной скважины.Профиль должен удовлетворять скоростному и качественному бурению наклонно направленных скважин, иметь минимальное число изгибов и отвечать двум основным требованиям — он должен быть технически выполнимым и экономически целесообразным. Работы по проводке наклонно направленных скважин включают: проектирование, бурение искривленных участков ствола, бурение прямолинейно-наклонных участков ствола, маркшейдерские работы (задание направления стволу скважины, контроль за его пространственным положением). Либо особенностями залегания нефтяных пластов, не позволяющими вскрыть их вертикальными скважинами; применением кустового или многоствольного способа бурения на равнинных площадках, когда это экономически целесообразно и технически возможно; потребностью во вспомогательной скважине для тушения горящих фонтанов; зарезкой ответвленного ствола из основного для ликвидации аварии и при капитальном ремонте скважин.Выбор конфигурации профиля сводится к определению очередности бурения участков, обеспечивающих наиболее благоприятные условия проводки наклонно направленной скважины.Профиль должен удовлетворять скоростному  и качественному бурению наклонно направленных скважин, иметь минимальное  число изгибов и отвечать двум основным требованиям — он должен быть технически выполнимым и экономически целесообразным. При бурении искривленного участка ствола можно получить вполне определенный, заранее заданный темп набора зенитного угла, определяющий интервал работы с отклонителем. Минимально возможный радиус искривления выбирают в зависимости от целевого назначения скважины; возможного спуска (прохождения) приборов, необходимых для исследования или испытания скважин на продуктивность; технологических условий бурения.К технологическим условиям бурения, определяющим минимально возможный радиус искривления, относятся: нормальная работа бурильных труб; свободный спуск (прохождение) бурильного инструмента; минимальная перегрузка на крюке при подъеме инструмента из искривленного ствола скважины; отсутствие опасности формирования желобов или протирания обсадных колонн (если искривленный участок обсажен колонной).Набор и снижение зенитного угла скважины при бурении забойными двигателями осуществляются компоновками низа бурильной колонны, которые выбирают в соответствии с геолого-техническими условиями бурения.Рекомендуется применять при бурении скважины в устойчивых геологических разрезах, где не ожидается значительного увеличения диаметра ствола.

       1.2.Особенности технологии бурения наклонно-направленных скважин 

      При бурении направленной скважины верхнюю часть скважины бурят обычным методом. При этом режим бурения, как правило, ничем не отличается от режима бурения для вертикальных скважин.При бурении искривленного участка ствола можно получить вполне определенный, заранее заданный темп набора зенитного угла, определяющий интервал работы с отклонителем. Минимально возможный радиус искривления выбирают в зависимости от целевого назначения скважины; возможного спуска (прохождения) приборов, необходимых для исследования или испытания скважин на продуктивность; технологических условий бурения.К технологическим условиям бурения, определяющим минимально возможный радиус искривления, относятся: нормальная работа бурильных труб; свободный спуск (прохождение) бурильного инструмента; минимальная перегрузка на крюке при подъеме инструмента из искривленного ствола скважины; отсутствие опасности формирования желобов или протирания обсадных колонн (если искривленный участок обсажен колонной).Набор и снижение зенитного угла скважины при бурении забойными двигателями осуществляются компоновками низа бурильной колонны, которые выбирают в соответствии с геолого-техническими условиями бурения. Рекомендуется применять при бурении скважины в устойчивых геологических разрезах, где не ожидается значительного увеличения диаметра ствола.При бурении наклонно направленной скважины турбинно-роторным способом набор зенитного угла необходимо проводить компоновкой с отклонителем на базе забойного двигателя, а проводку вертикального и наклонно-прямолинейного участков — роторным способом.До начала бурения буровые бригады должны освоить приемы работ и технологию бурения наклонно направленных скважин.При длительной остановке буровой  после подъема инструмента вопрос о спуске отклонителя в скважину согласовывается с руководством бурового предприятия.При проходке искривленного участка режим бурения должен быть таким же, как и при бурении вертикальных скважин в этом же интервале.При бурении искривленного участка необходимо стремиться к тому, чтобы компоновка низа бурильной колонны оставалась неизменной.Бурение наклонно-прямолинейных участков забойными двигателями и роторным способом следует проводить жесткими компоновками, обеспечивающими стабилизацию зенитного угла и азимута.При бурении со стабилизаторами следует проворачивать инструмент через 3 —5 м проходки в зависимости от механической скорости. Следует заметить, что при бурении скважин забойными двигателями бурильная колонна воспринимает реактивный момент, равный по величине активному моменту, развиваемому на валу забойного двигателя.Если измерения связаны с вызовом инклинометрической партии, то первое измерение при зарезке наклонного ствола нужно проводить после бурения интервала, на протяжении которого зенитный угол возрастает до 5 — 6°, так как при меньших зенитных углах данные об измерениях азимута инклинометром недостоверны и по ним нельзя принимать каких-либо решений о необходимости изменения азимута ствола.При бурении прямолинейного наклонного участка ствола с применением стабилизирующих устройств интервалы между измерениями следует устанавливать в зависимости от геологических условий района.Интервалы между измерениями при бурении участков, на которых предусматривается уменьшение зенитного угла, следует принимать в зависимости от запроектированного темпа уменьшения зенитного угла и азимута ствола.При осуществлении измерений силами буровой бригады измерять зенитный угол и азимут бурящейся скважины у ее забоя следует через интервалы, кратные длине бурильной трубы. В зависимости от условий бурения эти измерения могут быть проведены при каждом наращивании бурильной колонны (через 12 м) или через одно наращивание (через 25 м).При бурении с компоновкой, обеспечивающей набор зенитного угла с небольшой интенсивностью в одном азимуте, и при отсутствии причин, которые могут вызвать его изменение на сравнительно малом интервале, измерения можно проводить через 25 м.Они позволяют судить о возможности дальнейшего бурения или необходимости детальных измерений силами инклинометрической партии.При оперативном контроле силами буровой  бригады очень важно точно  измерять глубину скважины, так как  только при таком условии результаты могут быть хорошо сопоставлены с  данными контрольных измерений.При бурении скважин по любому профилю, как правило, фактическое            положение ствола отличается от проектного. Допустимые отклонения стволов от проекта следует рассматривать с точки зрения разведки и разработки месторождений, а также бурения и эксплуатации скважин.Для нормальных условий бурения и эксплуатации наклонно направленных скважин, кроме допуска по интенсивности искривления ствола, необходимо учитывать допуск по суммарному углу, под которым понимается сумма углов искривления, имевших место при бурении скважин.

     2.НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН

      При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов - искусственным.

В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве. Для этого определяются координаты ее устья и параметры трассы, к которым относятся зенитный угол Q, азимут скважины a (рис. 2.1.) и ее длина L.

       Вообще искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относятся более интенсивный износ бурильных труб, повышенный расход мощности, затруднения при производстве спуско-подъемных операций, обрушение стенок скважины и др. Однако в ряде случаев искривление скважин позволяет значительно снизить затраты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Таким образом, если искривление скважины нежелательно, то его стремятся предупредить, а если оно необходимо, то его развивают. Этот процесс называется направленным бурением, которое может быть определено как бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважин обязательно подвергается контролю и управлению. Зенитный угол - это угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью. Азимут - это угол между направлением на север и горизонтальной проекцией касательной к оси скважины, измеренный по часовой стрелке. Длина скважины - это расстояние между устьем и забоем по оси.Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную - планом.Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной.При выполаживании скважины происходит увеличение зенитного угла (бурение с подъемом угла), а при выкручивании - уменьшение (бурение с падением угла). При искривлении скважины влево азимут ее уменьшается, а вправо - увеличивается.Следует отметить, что интенсивность азимутального искривления существенно зависит от зенитного угла скважины и при малых зенитных углах может достигать весьма значительных величин, а это не дает полного представления о положении скважины. Для оценки общего искривления служит угол пространственного искривления j, показанный на рис. 2.2. В случае, если бы скважина, имеющая в точке А зенитный угол Qн и азимут aн, не искривлялась, то забой ее оказался бы в точке В, но за счет искривления фактически забой оказался в точке С, зенитный угол стал равным Qк, а азимут aк. Угол ВАС и является углом пространственного искривления. Отклонение скважин от проектного положения может происходить вследствие неправильного заложения оси скважины при забуривании или искривления в процессе бурения. В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины; горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям.

 

 

     Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту. При этом возможны четыре случая.

1. Все силы приводятся  к равнодействующей, совпадающей с осью скважины, момент отсутствует (рис. 2.3, а). В этом случае обеспечивается бурение прямолинейной скважины. Таким образом, если искривление нежелательно, то необходимо создать вышеприведенные условия, что, однако, трудно достижимо.

2. Все силы приводятся к равнодействующей, направленной под углом к оси скважины, момент отсутствует (рис. 2.3, б). Под действием боковой составляющей равнодействующей силы происходит фрезерование стенки скважины, а следовательно, искривление. Интенсивность искривления зависит от физико-механических свойств пород, боковой фрезерующей способности долота, механической скорости бурения и других факторов. Следует отметить, что при искривлении только за счет фрезерования стенки скважины имеют место резкие перегибы ствола, что приводит к посадкам инструмента при спуске и требует дополнительной проработки скважины.

3. Все силы приводятся  к равнодействующей, совпадающей  с осью породоразрушающего инструмента и к опрокидывающему моменту относительно его центра (рис. 2.3, в). Вследствие этого между осью скважины и осью инструмента образуется некоторый угол d, в результате чего и происходит искривление. Интенсивность искривления в этом случае практически не зависит от физико- механических свойств горных пород и фрезерующей способности долота, ось скважины представляет собой плавную линию близкую к дуге окружности, что облегчает все последующие работы.

4. Все силы приводятся  к равнодействующей, не совпадающей  с осью скважины, и к опрокидывающему  моменту (рис. 2.3, г). В этом случае искривление скважины происходит за счет совместного действия фрезерования стенки скважины и наклонного положения инструмента относительно оси скважины.Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все они условно могут быть подразделены на три группы - геологические, технологические и технические.

        2.1.ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

        Анализ искривления скважин показывает, что оно подчиняется определенным закономерностям, но для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться. Однако можно сформулировать следующие общие закономерности искривления.

1. В большинстве случаев  скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается (рис. 2.4).

2. Уменьшение зазора между  стенками скважины и инструментом  приводит к уменьшению искривления.

3. Места установки центрирующих элементов и их диаметр весьма существенно влияют на направление и интенсивность зенитного искривления.

4. Увеличение жесткости  инструмента уменьшает искривление  скважины, поэтому скважины большего диаметра искривляются менее интенсивно, чем скважины малого диаметра.5. Увеличение осевой нагрузки приводит к увеличению интенсивности искривления, а повышение частоты вращения колонны бурильных труб - к снижению искривления.

6. Направление и интенсивность  азимутального искривления зависят  от геологических факторов.

7. Абсолютная величина  интенсивности азимутального искривления  зависит от зенитного угла  скважины. С его увеличением интенсивность  азимутального искривления снижается.

        2.2.ИЗМЕРЕНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

        В процессе бурения необходим постоянный контроль за положением оси скважины в пространстве. Только в этом случае можно построить геологический разрез и определить истинные глубины залегания продуктивных пластов, определить положение забоя скважины и обеспечить попадание его в заданную проектом точку. Для этого необходимо знать зенитные и азимутальные углы скважины и глубины их измерений. Такие замеры производятся с помощью специальных приборов, называемых инклинометрами.По способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на забойные, производящие измерения и передачу информации в процессе бурения, автономные приборы, опускаемые внутрь колонны бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента, и инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле или тросе. В первом случае информация от забойных датчиков по каналу связи передается на поверхность, где и расшифровывается. В настоящее время используются как проводные, так и беспроводные каналы связи. Проводной канал связи широко используется с электробурами, так как в этом случае возможна передача сигнала с забоя по силовому кабелю. На этом принципе работает телесистема СТЭ. Существуют системы с встроенными в каждую бурильную трубу кабелями, соединяемые разъемами, линии с индукционной связью и линии из цельного сбросового кабеля. Такие линии связи обеспечивают высокую передающую способность, но они достаточно дороги, осложняют спуско-подъемные операции, имеют низкую стойкость из-за износа кабеля, создают помехи при ликвидации обрывов бурильных труб.К беспроводным каналам связи относятся гидравлический, электрический, акустический и некоторые другие. В гидравлическом канале информация передается по промывочной жидкости в виде импульсов давления, частота, фаза или амплитуда которых соответствует величине передаваемого параметра. Беспроводный электрический канал связи основан на передаче электрического сигнала по породе и колонне бурильных труб. Однако в этом случае с увеличением глубины скважины происходит значительное затухание и искажение сигнала. На этом принципе работает система ЗИС-4 и ее модификации. Забойные инклинометрические системы позволяют постоянно контролировать положение скважины в пространстве, что является их бесспорным преимуществом. Кроме замеров зенитного угла и азимута с помощью таких систем одновременно измеряются непосредственно на забое скважины и другие параметры процесса бурения, а также характеристики проходимых пород. Однако применение телеметрических систем существенно увеличивает себестоимость работ.Автономные инклинометры опускаются (бросаются) внутрь колонны бурильных труб и производят измерение зенитного угла и азимута в процессе бурения, но информация на поверхность не передается, а хранится в памяти прибора и считывается из нее после подъема колонны бурильных труб. Разрешающим сигналом для замера является, как правило, остановка процесса бурения, а при бурении инклинометр отключается. За один спуск инструмента может быть произведено до 50 замеров в зависимости от типа инклинометра. Наибольшее распространение в настоящее время у нас в стране получили инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле. При их применении на замеры параметров искривления требуется дополнительное время, но такие инклинометры просты по конструкции и имеют низкую стоимость. По способу измерения азимута их можно подразделить на приборы для измерения в немагнитной среде, в которых азимут измеряется с помощью магнитной стрелки, и приборы для измерения в магнитной среде.Проектирование профилей наклонно направленных скважин заключается, во-первых, в выборе типа профиля, во-вторых, в определении интенсивности искривления на отдельных участках ствола, и, в-третьих, в расчете профиля, включающем расчет длин, глубин по вертикали и отходов по горизонтали для каждого интервала ствола и скважины в целом.

      2.3.ТИПЫ ПРОФИЛЕЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ВЫБОРУ

      Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении.Профили скважин классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские - расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. Далее рассматриваются только плоские профили.Простейшим с точки зрения геометрии является двухинтервальный профиль (рис. 2.5, а), содержащий вертикальный участок и участок набора зенитного угла. Такой тип профиля обеспечивает максимальный отход скважины при прочих равных условиях, но требует постоянного применения специальных компоновок на втором интервале, что приводит к существенному увеличению затрат средств и времени на бурение. Поэтому такой тип профиля в настоящее время применяется сравнительно редко и только тогда, когда имеет место значительное естественное искривление скважин в сторону увеличения зенитного угла.Трехинтервальный тип профиля, состоящий из вертикального участка, участка набора зенитного угла и третьего участка, имеет две разновидности. В одном случае (рис. 2.5, б) третий участок прямолинейный (участок стабилизации зенитного угла), в другом (рис. 2.5, в) - участок малоинтенсивного уменьшения зенитного угла. Трехинтервальные профили рекомендуется применять в тех случаях, когда центрирующие элементы компоновок низа бурильной колонны мало изнашиваются в процессе бурения (сравнительно мягкие, малоабразивные породы). Такие типы профилей позволяют ограничить до минимума время работы с отклонителем и при наименьшем зенитном угле скважины получить сравнительно большое отклонение от вертикали.Четырехинтервальный тип профиля (рис. 2.5, г) включает вертикальный участок, участок набора зенитного угла, участок стабилизации и участок уменьшения зенитного угла. Это самый распространенный тип профиля в Западной Сибири. Его применение рекомендуется при значительных отклонениях скважин от вертикали в случае, если по геолого-техническим условиям затруднено безаварийное бурение компоновками с полноразмерными центраторами в нижних интервалах ствола скважины.Редко применяемая на практике разновидность четырехинтервального профиля включает в себя четвертый интервал с малоинтенсивным увеличением зенитного угла (рис. 2.5, д), что обеспечивается применением специальных КНБК. Такая разновидность профиля дает достаточно большой отход скважины и вскрытие продуктивного пласта с зенитным углом скважины при входе в него равным 40-60О. Это позволяет увеличить приток нефти в скважину, однако реализация такого профиля технически затруднена. При большой глубине скважины в четырехинтервальном типе профиля первой разновидности в конце четвертого интервала зенитный угол может уменьшиться до 0О, что при дальнейшем углублении скважины ведет к появлению пятого вертикального интервала (рис. 2.5, е).Для обеспечения попадания ствола в заданную точку вскрытия продуктивного горизонта в реальной практике бурения, профиль скважины может содержать еще несколько дополнительных интервалов, например, набора зенитного угла, его стабилизации и т. д. Поэтому могут быть шести, семи, и более интервальные профили скважин.Для всех рассмотренных профилей первый участок вертикальный. Ранее выпускались буровые установки, которые позволяли сразу забурить скважину под некоторым углом наклона. В настоящее время в ряде случаев с использованием современных установок наклонный ствол забуривается путем задавливания направления под зенитным углом 3-5О. Это позволяет значительно сократить затраты времени на ориентирование отклонителей в скважине, так как в наклонном стволе эта операция осуществляется намного проще.

В последнее время все большее распространение получает бурение скважин с горизонтальным участком ствола, что позволяет существенно повысить дебит скважин и нефтеотдачу пластов. В практике буровых работ США такие скважины по типу профиля делятся на четыре категории в зависимости от величины радиуса кривизны при переходе от вертикального участка к горизонтальному (большой, средний, малый и сверхмалый радиусы).Скважины с большим радиусом кривизны имеют интенсивность искривления от 0,6 до 2 град/10 м. С указанными интенсивностями искривления бурится подавляющее большинство наклонно направленных скважин в Западной Сибири. Длина горизонтальной части ствола в этом случае может быть весьма значительной и определяется, главным образом, только сопротивлением продольному перемещению бурильной колонны. Такой тип профиля скважин наиболее подходит для морских месторождений, когда требуется обеспечить добычу из пласта, находящегося на большом расстоянии от платформы.Интенсивность искривления при бурении со средним радиусом кривизны составляет от 2 до 6 град/10 м. Западными фирмами по такому типу профиля бурится подавляющее большинство скважин с горизонтальным участком ствола. Это обусловлено следующим:

- многие зоны осложнений  могут быть разбурены вертикальным  стволом и обсажены;

- длина интервалов применения отклонителей существенно меньше, чем для скважин с большим радиусом кривизны;

- точка забуривания искривленного  ствола располагается ближе к  точке вскрытия продуктивного  горизонта, что повышает точность  попадания в заданный круг  допуска.Однако проходка таких скважин требует специального инструмента, вписывающегося в принятый радиус кривизны. Стандартный тип профиля со средним радиусом кривизны (рис. 2.5, ж) содержит наклонный прямолинейный участок 3, длина которого может меняться для обеспечения попадания ствола в заданную точку. Однако если накоплен значительный опыт бурения таких скважин, то этот участок может быть исключен (рис. 2.5, з). Интервалы 5 (рис. 2.5, ж) и 3 (рис. 2.5, з) имеют интенсивность искривления порядка 1 град/10 м и возникают самопроизвольно вследствие невозможности резкого перехода от криволинейного интервала к прямолинейному даже при применении стабилизирующих компоновок. Длина этих интервалов около 30 м.При бурении с малым радиусом кривизны интенсивность искривления составляет от 4 до 10 град/м, при этом радиус кривизны находится в пределах от 6 до 15 м. Для бурения таких скважин используется специальный инструмент - гибкие бурильные трубы и УБТ, ведутся работы по созданию гибких забойных двигателей. Основное преимущество такого типа профиля - точный подход скважины к выбранному объекту эксплуатации. Однако при этом низка механическая скорость бурения, отсутствует серийная забойная аппаратура для контроля за положением ствола скважины, и сравнительно невелика длина горизонтального участка. Очевидно, что для более широкого внедрения такого типа профиля требуются дополнительные научные исследования и конструкторские разработки. Для получения сверхмалых радиусов кривизны (от нескольких сантиметров до 0,6 м) используются высоконапорные струи воды, с помощью которых создаются стволы диаметром 40 - 70 мм. Этот метод пока применяют только в экспериментальных целях. Скважины с горизонтальным участком ствола, сооружаемые в Западной Сибири, имеют комбинированный профиль. До кровли продуктивного пласта скважина буриться с интенсивностью искривления до 2 град/10 м (большой радиус кривизны по американской классификации). Зенитный угол скважины доводится при этом до 60-65О. В продуктивном пласте интенсивность искривления ствола составляет 8-10 град/10 м, и зенитный угол доводится до 90О, а далее продолжается бурение горизонтального интервала длиной до 1000 м. Имеется опыт бурения таких скважин при радиусах кривизны 250-460 м.

        2.4.ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

        Для искусственного искривления скважин в требуемом направлении используются различные технические средства, называемые отклонителями. При роторном бурении технические средства и технология искусственного искривления более сложны, поэтому чаще используются отклонители с забойными двигателями. Далее рассматриваются только такие отклонители. С их помощью на породоразрушающем инструменте создается отклоняющая сила, или между осью скважины и осью породоразрушающего инструмента возникает некоторый угол перекоса. Зачастую эти отклоняющие факторы действуют совместно, но какой-либо из них имеет превалирующее значение. При этом доказано, что для любой отклоняющей компоновки при отсутствии прогиба турбобура и разработки ствола скважины при любых соотношениях диаметров долота и турбобура, искривление ствола вследствие фрезерования стенки скважины в 4,84 раза больше, чем в результате асимметричного разрушения забоя. Если происходит прогиб забойного двигателя, то доля искривления ствола за счет асимметричного разрушения породы на забое будет еще меньше. В случае, если искривление происходит в основном за счет фрезерования стенки скважины, то такие отклонители называются с упругой направляющей секцией, а если за счет перекоса инструмента - с жесткой направляющей секцией.К наиболее распространенным отклонителям относится кривой переводник, показанный на рис. 2.6. Он представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу. Этот угол составляет от 1 до 4О.

      Кривой переводник включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее существенно зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями.

Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения, фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.Максимальный зенитный угол, который может быть достигнут при применении кривого переводника с односекционным турбобуром, составляет 40-45О. При необходимости достижения больших зенитных углов следует использовать укороченные или короткие забойные двигатели.К бесспорным преимуществам кривого переводника относится его простота, однако при его использовании ухудшаются условия работы забойного двигателя за счет упругой деформации, интенсивность искривления из-за указанных выше факторов колеблется в широких пределах, породоразрушающий инструмент из-за наличия отклоняющей силы работает в более тяжелых условиях. Угол перекоса резьб переводника серийно выпускаемых турбинных отклонителей составляет 1,5О, а диаметр корпуса 172, 195 и 240 мм. Интенсивность искривления ствола при их применении доходит до 3 град/10м.Преимуществами турбинных отклонителей являются приближение кривого переводника к забою скважины, в результате чего искривление ствола имеет более стабильный характер, мало зависящее от физико-механических свойств пород и технологии бурения. Использование нескольких турбинных секций (отклонители серии ОТС) позволяет увеличивать мощность и крутящий момент на долоте и применять такие отклонители в скважинах малого диаметра, т. е. там, где обычные кривые переводники не дают желаемых результатов. Существенным недостатком турбинных отклонителей является малый моторесурс кулачкового шарнира, соединяющего валы шпиндельной и турбинной секций.Угол перекоса кривого переводника серийно выпускаемых шпиндель-отклонителей составляет 1О30', а наружный диаметр - 195 и 240 мм. За счет приближения кривого переводника к забою повышается отклоняющая способность и стабильность искривления скважины.

 Наиболее простым в изготовлении является отклонитель с эксцентричной накладкой, показанный на рис. 2.7. В этом случае на шпинделе или корпусе забойного двигателя приваривается накладка. В результате на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила и происходит искривление скважины.При применении отклонителей с накладкой искривления скважины наиболее стабильно по сравнению с другими отклонителя. В отличии от обычных кривых переводников с увеличением зенитного угла скважины отклоняющая способность отклонителя с накладкой не уменьшается. Он может быть использован с любым забойным двигателем. Однако следует отметить и существенный недостаток - "зависание" инструмента в процессе бурения в результате трения накладки о породу. В ряде случаев, особенно в крепких породах, отмечается снижение механической скорости бурения до 50 %. Для уменьшения влияния этого фактора края накладки выполняются скошенными, она облицовывается резиной, однако проблема "зависания" сохраняется.  Разновидностью отклонителя с накладкой, позволяющей в какой-то мере избавиться от этого недостатка, является упругий отклонитель. Он представляет собой накладку на шпинделе турбобура, опирающуюся на резиновую рессору. В случае "зависания" или заклинивания инструмента происходит прогиб рессоры, что способствует свободному проходу отклонителя по скважине. Изменяя толщину рессоры, можно регулировать интенсивность искривления скважины.

       Для повышения интенсивности и стабильности искривления в ряде случаев в компоновку низа бурильной колонны включается два отклонителя, например, шпиндель-отклонитель с винтовым забойным двигателем и обычный кривой переводник. При этом, естественно, направления действия отклонителей должны совпадать.При применении всех описанных выше отклонителей после искривления скважины на требуемую величину производится замена компоновки независимо от степени износа породоразрушающего инструмента. Для сокращения затрат времени возможно бурение компоновкой с отклонителем с одновременным вращением колонны бурильных труб ротором. Наиболее пригодным для этих целей является отклонитель с эксцентричной накладкой, т.к. при использовании других отклонителей происходит быстрый износ забойных двигателей. При этом следует отметить увеличение диаметра скважины до 10 % от номинального.Для регулирования интенсивности искривления в процессе бурения без подъема инструмента предложено несколько конструкций отклонителей. Однако в настоящее время серийно выпускается только отклонитель телепилот, разработанный Французским институтом нефти.

      3.БУРЕНИЕ СКВАЖИН С КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК

Наклонно-направленное бурение скважин