Слайд 1Бурение
нефтяных и газовых скважин
Балаба Владимир Иванович
РГУ нефти и газа им.
И.М. Губкина
12. Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин
Слайд 212.1. Области применения наклонно направленных и горизонтальных скважин
Искусственно отклоненные скважины:
наклонные;
горизонтальные;
Многозабойнные, многоярусные (разветвленно-радиальные, разветвленно-горизонтальные).
Наклонно направленная (искусственно отклоненная) - скважина, для
которой рабочим проектом предусмотрено искусственное отклонение забоя от вертикали.
Слайд 3Области применения наклонно направленных и горизонтальных скважин
Искусственное отклонение скважин применяется
для:
1) вскрытия нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом
или между двумя параллельными сбросами;
2) отклонения ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;
3) бурения под соляным куполом, в связи с трудностью бурения через купол;
4) обхода интервала осложнений (обвалы, катастрофическое поглощение ПЖ и т.д.);
5) вскрытия продуктивных пластов, залегающих под искусственными или природными преградами (сооружения, озера, болота и т.д.);
Слайд 4Области применения наклонно направленных и горизонтальных скважин
6) бурения с кустовых
оснований или морских нефтегазовых сооружений;
7) ухода в сторону новым стволом,
если невозможно ликвидировать аварию в скважине;
8) забуривания второго ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;
9) тушения горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;
10) реконструкции эксплуатационной скважины;
11) вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов.
Слайд 5Наклонно направленные и горизонтальные скважины
Слайд 6Наклонно направленные и горизонтальные скважины
Слайд 7Наклонно направленные и горизонтальные скважины
Слайд 8Многозабойные скважины
Радиально разветвленная
Горизонтально разветвленная
Слайд 10Классификация скважин Группы разработки технологий строительства многозабойных скважин (Technology Advancement
for Multilateral - TAML) компании Sperry-San Drilling Services
(Halliburton) учитывает возможность повторного входа инструмента в боковой ствол, изоляцию, возможность регулирования дебита и герметичность стыка:
● уровни сложности 1-6;
● буквенные и цифровые символы, дающие более подробную техническую информацию о параметрах скважины.
Классификация принята на форуме по вопросам технического прогресса в области бурения многоствольных горизонтальных скважин (Абердин, Шотландия, 26 июля 1999 г.), уточнена в июле 2002 г.
Слайд 11Уровень 1 - Уход в сторону боковым открытым стволом или
безопорное сочленение.
Уровень 2 - Обсаженная и зацементированная скважина и боковой
открытый ствол или частично цементированный хвостовик.
Уровень 3 - Обсаженная и зацементированная скважина с нецементированным боковым хвостовиком, механически подсоединенным к главному стволу
Слайд 12Уровень 5 - Обсаженная и зацементированная скважина и нецементированный или
зацементированный боковой хвостовик, гидравлически изолированный и герметичный, что обеспечивается дополнительным
оборудованием (пакерами, сальниками и трубками), размещаемым внутри главного ствола.
Уровень 4 - Обсаженная и зацементированная скважина с зацементированным боковым хвостовиком, механически подсоединенным к главному стволу.
Слайд 13Уровень 6 - Обсаженная и зацементированная скважина и нецементированный или
зацементированный боковой хвостовик, гидравлически изолированный и герметичный, что обеспечивается основной
обсадной колонной в месте сочленения бокового хвостовика без размещения дополнительного оборудования для заканчивания скважин внутри главного ствола.
Слайд 14Уровень 6S (7) – основной ствол большого диаметра с двумя
одинаковыми боковыми стволами меньшего диаметра
Слайд 15Конструкция забоев радиально разветвленной скважины
Слайд 1612.2. Профиль и план искусственно искривленной скважины
Искривление скважины в данной
точке О характеризуют углы:
• искривления (зенитный) ;
• азимутальный ;
•
наклона .
1 - горизонтальная плоскость;
2 - ось скважины;
3 - плоскость оси скважины;
4 - вертикаль;
5 - направление начала отсчета;
6 - направление проводки скважины.
Слайд 17Искривление скважины
• Угол искривления (зенитный угол) - угол
между касательной к оси ствола скважины в точке замера и
проекцией этой касательной на вертикальную плоскость.
• Азимутальный угол (азимут скважины) - угол, измеряемый в горизонтальной плоскости между принятым направлением начала отсчета и проекцией на горизонтальную плоскость касательной к оси ствола в точке замера.
В зависимости от принятого начала отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным.
• Угол наклона ( = 90°- ) - отклонение оси ствола скважины от горизонтали.
Слайд 18Графическое изображение скважины
Проекция оси скважины:
• на вертикальную
плоскость - профиль;
• на
горизонтальную
плоскость - план.
Профиль и план многозабойной
скважины
Слайд 19Построение инклинограммы (таблица)
Слайд 20Планы скважин
на месторождении Гуллфакс (Северное море)
Слайд 21Развитие бурения направленных скважин
Профили скважин на месторождении
Статфиорд (Северное море)
Слайд 22Наклонно направленные и горизонтальные скважины с рекордными отклонениями от вертикали
за рубежом и в РФ
Слайд 23Профили направленных скважин
J-образный
профиль
S-образный
профиль
Тангенциальный
профиль
Слайд 24Участки профиля направленной скважины
Вертикальный участок
Участок стабилизации зенитного угла
Участок набора зенитного
угла
Участок падения зенитного угла
Вертикальный участок
Слайд 25Параметры профиля направленной скважины
R - радиус искривления, м
А - отклонение
от вертикали, м
I - интенсивность искривления – отношение приращения угла
искривления к расстоянию между точками замеров оси ствола скважины, град/10 м
Кривизна скважины – приращение угла искривления на определенном криволинейном участке, град
Интенсивность набора кривизны - величина, обратная радиусу, 1/м
Слайд 26По радиусу кривизны ствола различают три типа профиля горизонтальной скважины:
●
с большим радиусом кривизны (> 190 м).
При строительстве таких скважин
используется стандартная техника и технология наклонно направленного бурения, позволяющая получать максимальную интенсивность искривления 0,7–2,0°/10 м проходки.
● со средним радиусом кривизны (60–190 м) . Максимальная интенсивность искривления скважины составляет 3…10°/10 м при длине горизонтального участка 450–900 м. Наиболее экономичны, т.к. меньшую длину ствола, обеспечивают более точное попадание ствола в заданную точку продуктивного пласта.
● с малым радиусом (10– 60 м).
Проводка скважин с малым и ультрамалым радиусами (< 10 м) кривизны осуществляется специальными бурильным инструментом, укороченными двигателями.
С уменьшением радиуса кривизны ухудшаются условия работы бурильных труб, снижается вероятность прохождения в ствол скважины забойных двигателей, геофизических приборов и обсадных труб.
Слайд 2712.3. Компоновки низа бурильной колонны для бурения наклонных скважин
Выполнение проектного
профиля искусственно искривленной скважины достигается использованием на каждом ее участке
соответствующей компоновки низа бурильной колонны (КНБК).
Отклоняющий инструмент – устройство в составе КНБК для бурения под углом к уже созданной части ствола.
Назначение – создание на долоте отклоняющего усилия или наклона оси долота к оси скважины для искусственного искривления ствола скважины в заданном направлении.
Слайд 28Пример КНБК
1 – калибратор
2 – секция забойного двигателя
3 – дополнительный
опорный элемент
4 – искривленный переводник
5 – телеметрическая система
6 – переводник
для ввода геофизического кабеля в БК
Слайд 29Отклоняющий инструмент
Искривленный (кривой) переводник - короткий отрезок трубы с внутренней
и внешней замковой резьбой, оси которых пересекаются под углом 1-2,5°.
Отклонитель
Р-1 - отрезок УБТ длиной 4-8 м, на концах которого нарезана присое-динительная резьба с пере-косом в одной плоскости и в одном направлении. Устанавливают между забойным двигателем и УБТ. Позволяет набрать кривизну до 90°.
1-2,5°
2-3°
2°-2°30'
Слайд 30Отклоняющий инструмент
Эксцентричный ниппель - металлическая опора, приваренная к ниппелю турбобура.
Упругий отклонитель - специальная накладка, приваренная к ниппелю турбобура, и
резиновая рессора.
Применяют при бурении в устойчивых породах, т.е. при отсутствии опасности прихвата БК.
Используют при бурении в
неустойчивых породах.
Слайд 31Отклоняющий инструмент
Отклонитель турбинный ОТ - кривой переводник установлен между ниппелем
и корпусом турбобура, вал разрезной.
Вращающий момент и нагрузка на
долото от одного отрезка вала к другому передаются при помощи шаровой пяты, которая соединяется с валами при помощи конусов.
Слайд 32Отклоняющий инструмент
Отклонитель комбинированный - забойный двигатель с накладкой и кривой
переводник.
Применяют, когда непосредственно над кривым переводником устанавливают обычные бурильные трубы.
Слайд 33Отклоняющий
инструмент
Отклонитель
шарнирный
ОШ-172 У
Слайд 34Отклоняющий инструмент
Отклонители с изменяющейся геометрией.
Можно изменять угол перекоса осей
механическим взаимным перемещением нижней и верхней частей отклонителя.
Управляют с
поверхности путем изменения перепада давления или сбрасывания шаров во внутрь БК.
Шар, попадая в спец. пазы управляемого переводника, обеспечивает изменение его геометрических параметров.
Слайд 35Система «Telepilot» (Франция)
Состоит из 3-х модулей:
● короткого ВЗД;
● механизма искривления
(отклонителя);
● забойной системы управления отклонителем.
Конструктивно механизм искривления состоит из корпуса
в виде двух трубчатых секций, соединенных конусной резьбой, что обеспечивает изгиб при вращении нижней части относительно верхней от 0 до 180о. При повороте на 360о, система возвращается в начальное нулевое положение. Система имеет по 5 позиций в обе стороны.
Слайд 36Отклоняющий
инструмент
Уипсток - отклонитель
для роторного бурения:
● извлекаемый
● неизвлекаемый
Слайд 3712.4. Технология бурения наклонных скважин
Специфику бурения наклонных скважин определяют:
●
специальная КНБК
● операция ориентирования КНБК
Ориентирование КНБК заключается в
установке плоскости искривления отклоняющего комплекса в расчетном направлении (азимуте), обеспечивающим отклонение ствола скважины в проектном азимуте.
Слайд 38Ориентирование:
• визуальное (при небольших глубинах в скв.);
• косвенное - спуск
измерительных приборов внутрь БК;
• телеметрическое
• геонавигационное.
Критерии выбора рационального способа ориентирования:
•
величина зенитного угла;
• расстояние месторасположения отклоняющей системы от устья.
Слайд 39Процесс ориентирования отклоняющих систем:
• определение положения отклонителя в скважине;
• вычисление
необходимого угла поворота отклонителя и поворот БК с поверхности ротором;
•
контрольное определение положения отклонителя в скважине.
Азимут замеряют только в открытом стволе или в диамагнитных трубах.
В стальных трубах используют гироскопический инклинометр с реперным устройством.
Слайд 43Проблемы бурения горизонтальных скважин
• Создание нагрузки на долото
• Очистка ствола
скважины от шлама
• Сохранение устойчивости ствола скважины
• Сохранение коллекторских свойств
продуктивного пласта
• Доставка геофизических приборов на забой скважины
Слайд 44Создание нагрузки на долото
• Применение ВСП
• Применение специальных устройств, н-р
гидравлического нагружателя МПД конструкции ВНИИБТ
Слайд 45Гидравлический нагружатель МПД
Представляет собой телескопическую систему (диаметр корпуса 95-240
мм), устанавливаемую над забойным двигателем в КНБК. Осевая гидравлическая нагрузка,
создаваемая поршнем нагружателя, передается на забойный двигатель и долото.
Величина осевой гидравлической нагрузки регулируется сменными насадками, устанавливаемыми в нагружателе.
Основные технические характеристики МПД-95
Диаметр корпуса 95 мм
Длина 990 мм
Рабочий ход штока 300 мм
Осевая нагрузка при общем перепаде давления в компоновке:
10,0 МПа 35,0 кН
8,0 МПа 28,0 кН
6,0 МПа 21,0 кН
Слайд 46Очистка ствола горизонтальной скважины
от шлама
• образование на нижней стенке скважины
скоплений шлама (шламовая дюна) за счет гравитационного осаждения частиц шлама
Увеличение
подачи ПЖ для повышения скорости гидротранспорта шлама может привести к размыву стенок скважины
Слайд 47Сохранение устойчивости ствола скважины
• осыпание и обваливание пород с верхней
стенки скважины
• динамическое воздействие БК на нижнюю стенку скважины
Длительность воздействия
фильтрата ПЖ на породы больше, чем при бурении вертикального ствола
Слайд 48Сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта
• проникновение фильтрата и твердой фазы
ПЖ в продуктивный пласт
Длительность воздействия фильтрата ПЖ на породы
больше, чем при бурении вертикального ствола
Слайд 49Доставка геофизических приборов на забой горизонтальной скважины
• принудительная через колонну
бурильных труб за счет давления ПЖ на проталкиватель (резиновая манжета
8)
Кабель вводится в БК через уплотнительное устройство 2.
Слайд 5212.5. Инклинометры и телеметрические системы
Слайд 54Телеметрическая система
ДПО – датчик к положения отклонителя
ДА – датчик азимута
ДН
– датчик направления
Слайд 5912.6. Геонавигация
Геонавигация – управление траекторией ствола скважины в интерактивном режиме
на основе текущей геологической информации
Интерактивная информационная система - информационно-вычислительная
система, в которой передача и обмен информацией происходят в режиме диалога
Слайд 60Геонавигационное определение границы пород
- угол встречи ствола скважины с
границей пород
R - глубина исследования датчика;
L - расстояние от долота
до датчика;
Н - проходка до встречи ствола скважины с нижней границей пласта
Слайд 61Челночная телеизмерительная система (ЧТС) “СПЕКТР-I” (ООО «Союзпромгеофизика»)
Назначение - обеспечение
проводки нефтяных и газовых скважин любого профиля с протяженностью (глубиной)
ствола до 10000 м при использовании как турбинного, так и роторного способов бурения на суше и на море с противовыбросовым оборудованием на устье.
Реализует технологию определения текущего местоположения забойного инструмента бурящейся скважины с помощью:
● инерциальной геонавигационной системы аналитического типа;
● сейсмомодуля;
● модуля гамма-каротажа (ГК).
Приборы включены в состав кабельного самоцентрирующегося комплекса (КСК), введенного через уплотнительное устройство (типа УСВК-1) на вертлюге буровой установки во внутрь бурильной колонны и периодически доставляемого к забою в технологически и метрологически обоснованные моменты времени.
Слайд 62Программное обеспечение реализует алгоритм поиска оптимального шага инклинометрической съемки, высокоточные
методы вычисления координат трассы
с привязкой по глубине к геологическому разрезу:
●
по акустомеханическим данным о буримости пород, получаемым от сейсмомодуля при нахождении КСК в проходном канале вертлюга и в ведущей бурильной трубе, либо в бурколонне на технологически обоснованной глубине;
● определением естественной гамма-активности пород для литологического расчленения и локации кровли и подошвы продуктивного пласта по данным ГК при спуско-подъеме либо кратковременном нахождении КСК в нижней части КНБК.
Слайд 63Для повышения достоверности информации о характере искривления ствола бурящейся скважины
предусмотрено включение в состав ЧТС “СПЕКТР-I” контрольных однопараметровых забойных инклинометров
(индикаторов) сбросового типа для использования до подъема БК в целях замены долота или формирования новой КНБК.
Слайд 64Достоинства ЧТС “СПЕКТР-I”
(по данным ООО «Союзпромгеофизика»):
● информативность и
качество геонавигационного материала по дальности (глубинности) получаемой информации;
● определение параметров
траектории ствола на минимальном расстоянии от долота;
● простота обслуживания;
● повышенная эксплуатационная надежность (длительный срок службы);
● исключение из состава КНБК низкопрочных ЛБТ и дорогостоящих немагнитных УБТ;
● возможность работы в среде любых ПЖ.
Слайд 6512.7 Технология
бурения
многоствольных
скважин
Слайд 66Обсадная труба с предварительно фрезерованным окном
Окно в процессе цементирования ОК
закрыто стеклопластиком
Защелочное соединение обеспечивает фиксацию клина в нужном направлении
Забуривание нового
ствола начинают после установки клина
Слайд 67• Вырезание окна через зацементированную ОК
• Забуривание нового ствола
Слайд 68Долота зарезные с алмазным (ДЗА) и твердосплавным вооружением (ДЗТ ,
зубки «Славутич»)
Предназначены для зарезки нового ствола в необсаженной части ствола
скважины.
Обладают самоцентрирующими свойствами, позволяющими «удерживать» траекторию ствола скважины
Слайд 69Расширение дополнительного ствола долотом бицентричным алмазным (ДБА)
ДБА предназначены для
бурения
с одновременным расширением ствола скважины, в мягких породах и породах
средней твердости. Применяются для расширения боковых стволов из ранее пробуренных обсаженных скважин, а также для расширения в продуктивном интервале с целью увеличения дебита скважины.
Слайд 70Расширение дополнительного ствола расширителем раздвижным гидравлическим (РРГ)
Предназначены для увеличения диаметра
ствола скважины в необсаженной части в любом интервале. Применяются
для расширения боковых стволов из ранее пробуренных обсаженных скважин, а также для расширения в продуктивном интервале с целью увеличения дебита
Слайд 71Расширители раздвижные гидравлические РРГ
Слайд 7212.8 Строительство кустов скважин
Куст - устья скважин расположены на одной
технологической площадке, а забои - в узлах сетки разработки залежи
(месторождения).
Расстояние между устьями скважин одиночной эксплуатационной и бурящейся не менее высоты вышки плюс 10 м.
Расстояние между устьями эксплуатационных нефтяных и газлифтных скважин не менее 5 м
На нефтяных и нефтегазовых месторождениях общее количество скважин ограничивается величиной суммарного свободного дебита всех скважин куста не более 4000 т/сут (по нефти).
В зоне ММП расстояние между устьями скважин не менее двух радиусов растепления пород вокруг устья скважин.
При газовом факторе более 200 м3/т принимаются дополнительные меры безопасности.
Слайд 73Строительство кустов скважин
Пользователем недр (заказчиком) назначается ответственный руководитель работ на
кустовой площадке и утверждается Положение о порядке организации безопасного производства
работ на кустовой площадке, предусматривающее:
последовательность работ и операций, порядок их начала при совмещении во времени;
оперативное и территориальное разграничение полномочий и ответственности всех участников производственного процесса;
систему оперативного контроля за ходом и качеством работ, уровнем их безопасного ведения;
порядок и условия взаимодействия организаций между собой и ответственным руководителем работ на кустовой площадке.
Слайд 74Строительство кустов скважин
При передвижке вышечно-лебедочного блока на новую точку (позицию),
а также при испытании вышек и ведении сложных аварийных работ
на скважине должны быть прекращены все работы на соседних объектах. Люди из опасной зоны (высота вышки плюс 10 м) должны быть удалены (кроме работников, занятых непосредственно производством работ).
Одновременно с бурением очередной скважины на ранее пробуренных скважинах допускается проведение работ по дополнительному вскрытию продуктивных мощностей, в том числе путем проводки горизонтальных ответвлений из основного ствола скважины.
Демонтаж буровой установки или снятие вышечно-лебедочного и других блоков с последней пробуренной на кусте скважины, их транспортировка с кустовой площадки должны производиться после остановки работы всех эксплуатационных скважин, находящихся в опасной зоне.