Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ИСКРИВЛЕНИЕ СКВАЖИН И НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ

При бурении скважины проектируются вертикальными или наклонными. Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет: более 2є при колонковом бурении и более 6є - при глубоком бурении скважин.

Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно.

Естественное искривление обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве.

Под искусственным искривлением скважин понимают любое принудительное их искривление. Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно направленными.

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

1.1 Причины естественного искривления скважин

Влияние геологических условий в основном сводится к тому, что при бурении в породах, различных по физико-механическим свойствам, определяющим их буримость, скорость разрушения пересекаемых пород в отдельных точках забоя различна.

Геологические причины по степени проявления и важности обычно рассматривают в следующем порядке:

влияние перемежаемости различных по твердости пород и угла встречи скважины с пластом;

влияние анизотропии пород;

влияние геологических структур;

влияние наличия твердых включений в породе, зон дробления, трещиноватости и т. д.

При пересечении наклонно залегающих, перемежающихся и различных по твердости пластов скважина, как правило, закономерно искривляется при переходе из твердой породы в мягкую и из мягкой породы в твердую - в сторону твердой. Закономерность такого отклонения скважины определяется тем, что при одних и тех же параметрах коронки внедрение резца в мягкую породу всегда больше, чем в твердую. Этому же способствует разрушение буровым инструментом породы в стенке скважины, особенно при переходе из мягкой в твердую породу.

Интенсивность этого искривления в значительной мере определяется частотой перемежаемости пластов, изменчивостью их твердости и длительностью бурения на контакте между пластами.

Замечено, что чем значительнее неоднородность пород, тем больше искривление скважины.

В связи с этим наибольшее искривление скважин в вертикальной плоскости наблюдается при бурении по сланцам, где интенсивность искривления может достигать iи = 0,07 град/м; наименьшее - в однородных монолитных породах, в которых часто iи = 0,001 град/м.

При переходе скважины из породы одной твердости в другую большое значение имеет угол встречи ее с пластом г. В зависимости от величины этого угла скважина может пойти: 1) без изменения своего первоначального направления, что характерно для горизонтально и полого залегающих осадочных пород; 2) искривившись в сторону твердой породы, и, реже, 3) пойти по контакту мягкой и твердой пород вниз по падению пласта. Последнее происходит при крутом залегании пород и в тех случаях, когда угол встречи г не превосходит по величине некоторое критическое значение гкр (рис. 6.1, а, б).

Величина критического угла встречи изменяется для различных пород в пределах от 15 до 20°. На величину этого угла оказывают влияние: 1) тип породоразрушающего инструмента, 2) осевая нагрузка, 3) сила трения, возникающая между породоразрушающим инструментом и породой в процессе бурения и 4) твердость пород.

а б

Рис. 6.1. Отклонение ствола скважины при Рис. 6.2. Отклонение скважины от переходе из мягких пород в более твердые: заданного азимутального направления

а - при угле встречи более 20°, б - при угле встречи при пересечении слоев пород менее 15°. 1 - проектное направление скважины; различной твердости: 2 - положение отклонившейся скважины, д - угол 1 - резцы; 2 - тело коронки; 3 - направ- отклонения оси скважины, г - угол встречи ление отклонения скважины

При встрече твердых перемежающихся и абразивных пород движение бурового инструмента по падению пласта наблюдается при меньшем значении критического угла встречи гкр, чем при встрече твердой породы, но неабразивной.

С увеличением осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент угол гкр, при котором скважина может пойти по падению пород, возрастает. Угол встречи скважины с пластом для снижения интенсивности искривления выбирают более 50°.

Перемежаемость неоднородных по твердости пород часто является причиной азимутального искривления скважин. При этом скважина может отклоняться влево или вправо, если смотреть по падению пласта, в зависимости от угла ее встречи с линией простирания пород и характера контакта, а также от соотношения сил сопротивления, воздействующих на породоразрушающий инструмент в твердой и мягкой породах (рис. 6.2).

При бурении скважина отклоняется в одной плоскости, если равнодействующая этих сил направлена перпендикулярно простиранию пород. При направлении равнодействующей под углом к простиранию пород может произойти азимутальное искривление.

Влияние структурных и текстурных особенностей пород на искривление скважин в достаточной степени отражается в их анизотропных свойствах.

Наибольшими анизотропными свойствами обладают различные слоистые горные породы. Анизотропностью обладают и некоторые другие породы, которые приобрели эти свойства в силу различных сдвиговых процессов, например: развития в породах сланцеватости, кливажа, трещиноватости и т. п. Поэтому метаморфизованные, раздробленные и трещиноватые породы также относят к породам с высокой степенью анизотропности. В меньшей степени анизотропность проявляется у изверженных пород. Некоторые из осадочных горных пород можно отнести к изотропным. К ним условно относят мел, мергель, известняк и др.

Существует общая закономерность, по которой породоразрушающий инструмент всегда избирательно сдвигается в направлении наименьшего сопротивления породы. Скважина при этом стремится развернуться в направлении, перпендикулярном слоистости.

Влияние геологических структур на искривление скважин. Скважины, закладываемые в бортах антиклинальных и синклинальных складок, как правило, имеют тенденцию отклоняться в процессе бурения в направлении, перпендикулярном простиранию пород. Азимутально скважины чаще всего отклоняются в направлении, перпендикулярном оси антиклинали.

В связи с этим по азимутальному искривлению скважин можно производить уточнение простирания пород.

С глубиной скважин интенсивность азимутального искривления чаще остается неизменной.

Рассмотренные причины искривления скважин носят в основном закономерный характер.

При встрече в породах твердых включений, валунов, твердых конкреций и т. п. искривления скважин могут происходить как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Значительные искривления скважин, особенно наклонных, происходят в мягких несцементированных породах, в зонах тектонических нарушений, пустот и т. д.

К искривлению скважин могут привести обвалы, осыпи пород. Известны случаи забуривания нескольких новых скважин в месте завалов, что характерно для глинистых пород. Такие отклонения скважин чаще всего незакономерны.

Изучение закономерности искривления позволяет заранее проектировать так называемый типовой профиль скважин с учетом естественного ее искривления на каждом конкретном месторождении.

Технические причины оказывают влияние на искривление скважин как при их забурке, так и в процессе бурения.

На искривление скважин при забурке влияет:

неправильная установка станка на основании;

неправильная установка шпинделя станка и направляющей трубы;

ненадежное закрепление вращателя на верхней станине станка;

неисправность вращателя - разработка втулок, наличие люфтов, износ направляющих штоков, подшипников качения и т. д.

Установка станка с наклоном в вертикальной плоскости приводит к увеличению или уменьшению зенитного угла.

В процессе бурения технические причины проявляются в перекосе бурового снаряда, который вызывается, как правило, применением: а) изогнутых буровых штанг и колонковых труб, б) несоосностью резьбовых соединений.

При применении короткого колонкового набора ось его отклоняется тем больше, чем короче его длина. При этом если используются колонковые трубы, имеющие некоторый начальный прогиб, отклонения могут увеличиваться. Однако следует иметь в виду, что на искривление скважин значительное влияние оказывает продольная устойчивость колонковых труб, которая снижается при увеличении их длины и уменьшении диаметра. Снижению устойчивости бурового снаряда способствует разностенность труб, их овальность и местные дефекты, связанные с изготовлением и эксплуатацией.

Искривление скважин наблюдается при применении неправильных компоновок бурового снаряда, при переходе с большего диаметра скважины на меньший и при расширении скважины (рис. 6.3). Искривление скважин усиливается несоответствием диаметров бурильных труб и скважины, при этом чем больше разница, тем интенсивнее искривление скважины.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При работе всегда стремятся свести на нет искривление скважин, вызываемое техническими причинами.

Технологические причины, приводящие к искривлению скважин, в первую очередь связаны со способом и режимом бурения. Опыт бурения показывает, что наименьшая степень интенсивности искривления присуща ударному, в несколько большей мере ударно-вращательному и наибольшая - вращательному способам. При вращательном бурении скважина закономерно отклоняется чаще в сторону вращения бурового инструмента.

Искривление скважин при колонковом бурении определяется видом истирающего материала, конструкцией породоразрушающего инструмента, а также режимными параметрами.

Интенсивность искривления во многом зависит от степени разработки стенок скважины, в которой находят отражение перечисленные факторы. При этом чем больше разработка ствола скважины, тем интенсивнее искривление.

Наименьшая степень разработки ствола скважин наблюдается при алмазном бурении: она составляет в породах VII-VIII категорий по буримости 1-1,5 мм; в породах X-XII категорий - до 0,5-1 мм. Объясняется это малым выходом резцов за боковые стороны коронки.

По степени разработки ствола скважины все виды колонкового бурения в зависимости от истирающего материала можно расположить в следующий ряд:

алмазное - твердосплавное - дробовое бурение.

При применении твердосплавных коронок наибольшая степень разработки стенок скважины имеет место при бурении по осадочным породам ребристыми коронками. Диаметр скважин в этих условиях может быть увеличен в процессе бурения в 2-3 раза.

Разбуривание стенок скважин при бурении дробью различно и зависит от 1) материала, диаметра дроби и коронки; 2) способа питания забоя дробью; 3) от количества подаваемой на забой промывочной жидкости и т. д.

Крупная чугунная и стальная дробь вне зависимости от способа питания вызывает более сильную разработку стенок скважины, чем мелкая дробь.

При всех видах истирающих материалов колонна бурильных труб под действием продольных сжимающих и поперечных центробежных сил теряет прямолинейную форму и, как правило, изгибается. Отклонение скважины может происходить с большей интенсивностью при малой жесткости колонны бурильных труб и колонкового снаряда и значительном зазоре между стенками скважины и буровым снарядом.

Бурение шарошечными долотами характеризуется большей степенью разработки стенок скважины. При этом чем мягче порода и больше величина зубьев шарошек, тем больше диаметральная разбуриваемость стволов скважин. При бурении шарошечными штыревыми долотами в крепких породах разбуриваемость стенок, а следовательно, и величина искривления скважин значительно понижаются.

Повышая величину осевой нагрузки, можно добиться значительной интенсивности искривления, особенно в случаях: 1) бурения затупленными коронками; 2) применения коротких колонковых труб; 3) при применении специальных шарнирных устройств в составе снаряда.

С уменьшением осевого усилия в этих случаях искривление скважин снижается.

Этим пользуются при искусственном искривлении скважины, когда бурение ведут по заранее рассчитанным профилям.

Увеличение числа оборотов бурового снаряда рассматривается как фактор, способствующий снижению интенсивности искривления.

При повышении числа оборотов бурового инструмента возрастает механическая скорость бурения, а поэтому уменьшается время действия сил, вызывающих искривление скважины.

Применение высоких скоростей вращения бурового снаряда с использованием антивибрационных смазок и эмульсионных промывочных растворов способствует снижению интенсивности искривления скважин.

Влияние количества и качества промывочной жидкости на интенсивность искривления велико при бурении по легко размываемым породам. Применение в этих условиях промывочного раствора плохого качества может вызвать значительный размыв стенок скважин, а соответственно и более интенсивное отклонение оси бурового инструмента от оси скважины.

Почти во всех случаях режимные параметры, если они обеспечивают достижение максимальной скорости бурения, способствуют минимальному искривлению скважин, т. к. при этом уменьшается время, необходимое для создания условий, способствующих искривлению скважин на данном ее интервале.

Таким образом, можно сделать следующие выводы к разделу 6.1.

1. Основная причина, непосредственно вызывающая искривление вертикальных скважин, - неравномерная разработка площади забоя в разных направлениях, что приводит в процессе бурения к смещению забоя в пространстве.

2. Неравномерное разрушение забоя происходит при определенных геологических и технологических условиях.

3. Неравномерное разрушение стенок наклонно проходимых скважин в призабойной зоне вызывается действием веса бурильного инструмента.

4. Необходимое условие, которое приводит к искривлению скважины, - несовпадение оси низа бурильного инструмента с осью скважины под действием отклоняющего усилия. Последнее возникает в нижней части бурильного вала при взаимодействии в основном изгибающих (от совместного действия центробежных сил и усилий веса) и скручивающих (от передачи вращательного момента породоразрушающему инструменту на забое) сил.

5. Геологические условия - основная причина, вызывающая искривление вертикально заданных скважин.

6. Технические условия хотя и не приводят непосредственно к неравномерному разрушению забоя, однако играют большую роль в выполнении задач, поставленных перед скважиной.

Анализ зависимости между прямыми (интенсивность искривления скважин) и косвенными (глубина или угол наклона скважин) показателями позволяет получить обобщенные данные об искривлении скважин, что имеет большое значение для определения закономерностей этого процесса. При этом нужно учитывать следующее:

искривления скважин характеризуются определенными закономерностями, которые для разных месторождений различны;

интенсивность искривления в основном зависит от степени разбуривания стенок скважин в процессе бурения;

степень разбуривания стенок скважин зависит от выбранного технологического режима. Оптимальному технологическому режиму, т. е. правильно выбранным осевой нагрузке, частоте вращения породоразрушающего инструмента, расходу промывочной жидкости соответствует меньшая степень разбуривания стенок скважины и, следовательно, меньшая интенсивность искривления;

интенсивность искривления зависит также от жесткости низа бурильного инструмента: чем он жестче, тем меньше темп искривления скважин;

при равных условиях скважины с большим диаметром искривляются меньше, чем с меньшим;

интенсивность искривления зависит от частоты воздействия геологических факторов, а также от угла наклона скважины к горизонту на данном интервале бурения;

в закономерном наборе зенитного угла большую роль играет угол падения пород: чем больше этот угол, тем больше интенсивность искривления скважин, заданных с поверхности под одним и тем же углом;

угол встречи, под которым породоразрушающий инструмент (ось инструмента) встречает плоскость напластования пород, также закономерно влияет на характер искривления; для различных пород критический угол встречи будет также различным;

интенсивность искривления зависит главным образом от частоты действия геологических факторов;

при малых зенитных углах угол встречи оказывает большое влияние на направление искривления скважин: при углах встречи до 15° скважины подвержены сильному азимутальному искривлению, при углах встречи 15-20° и больше скважины искривляются преимущественно по восстанию пересекаемых пород;

при переходе из пород легкобуримых к породам с более высокими физико-механическими свойствами или наоборот иногда происходят незакономерные искривления скважин в горизонтальной плоскости;

при зенитных углах 0-20° преобладает влияние геологических факторов, а свыше 20° - технологических условий, и скважины искривляются в горизонтальной плоскости вполне закономерно;

азимутальные и зенитные углы характеризуют искривление скважины в пространстве, поэтому между ними наблюдается определенная зависимость, тоже связанная с геологическими и технологическими условиями;

чем интенсивнее увеличение численных значений зенитного угла, тем выдержаннее направление искривления;

кроме интенсивности искривления на направление искривления ствола скважины влияет величина зенитного угла в данном интервале. При зенитном угле до 20-25° происходит относительно большая стабилизация азимутального направления при той же интенсивности увеличения зенитного угла;

направление искривления скважин, пробуренных на синклинальных и антиклинальных складках, различно. Так, в пределах синклинали стволы скважины отклоняются в основном вверх по восстанию крыльев складки, а в пределах антиклинали - вверх по падению, если складка пологая. При крутых крыльях скважины отклоняются вниз по падению крыльев и реже параллельно осевой плоскости складок;

скважины при всех видах вращательного бурения искривляются азимутально как вправо, так и влево;

направление и интенсивность искривления скважин определяются их положением по отношению к падению и простиранию пород, физико-механическими свойствами отложений, величиной угла встречи оси низа бурильного инструмента с плоскостью напластования пород и направлением вращения породоразрушающего инструмента.

Таким образом, искривление скважин носит закономерный характер, зависящий прежде всего от геолого-структурных условий бурения и физико-механических свойств пород, слагающих забой и стенки скважины.

Получение достоверных данных о закономерностях искривления скважин имеет большое практическое значение, т. к. позволяет решать при выполнении буровых работ следующие основные задачи: бурение скважин с минимальными затратами средств; определение реальных норм искривления проектируемых скважин и значений начальных углов их заложения; контроль за пространственным положением проходимых скважин; построение профилей пробуренных скважин, геологических разрезов и карт.

1.2 Борьба с искривлением скважин

Полностью исключить влияние рассмотренных факторов на интенсивность искривления невозможно. Это в первую очередь относится к геологическим условиям. Влияние технологических и технических факторов можно свести до минимума.

Меры борьбы с искривлением скважин, вызываемым геологическими причинами. При пересечении перемежающихся по твердости пород и зон тектонических нарушений направляют скважину перпендикулярно плоскости напластований, контактов или смещений. Если встречаются твердые включения (валуны, галька и др.), бурение ведут на сниженных режимных параметрах, а буровой (колонковый) снаряд удлиняют до 6-12 м и более.

В мягких, легкоразмываемых породах переходят на применение качественного глинистого раствора. Бурение по этим породам следует вести без простоев, на форсированных режимах.

По раздробленным и сильнотрещиноватым породам бурение ведут удлиненным буровым (колонковым) снарядом. Если применение качественного глинистого раствора не дает положительного результата, проводят цементацию скважины или перекрывают ствол скважины обсадными трубами.

Меры борьбы с искривлением скважин, вызванным техническими причинами. Прежде всего необходимо правильно установить станок и согласно заданному направлению скважины установить шпиндель и направляющую трубу. Нельзя применять бурильные и колонковые трубы, кривизна которых превышает соответственно 1 и 1,5 мм на 1 м.

При переходе с большего диаметра скважины на меньший применяют двухступенчатый снаряд, состоящий из короткого нового снаряда меньшего диаметра и старого снаряда большего диаметра. Снаряды соединяют переходником. При расширении скважин применяют направляющий буровой снаряд.

Для предупреждения искривления наряду с применением утяжеленного низа используют специальные снаряды повышенной жесткости. Они обеспечивают лучшую соосность расположения буровых штанг в скважине.

Для устранения возможного продольного изгиба бурильных труб и лучшего центрирования их в скважине применяют протекторные кольца, различные центраторы и фонари, устанавливаемые друг от друга на расстоянии длины полуволны изогнутой оси колонны бурильных труб.

Меры борьбы с искривлениями скважин, вызываемыми технологическими причинами, направлены на разработку таких режимов бурения, при которых обеспечивается достижение максимальной скорости углубки с учетом естественных закономерностей искривления скважин. Иногда при малых зенитных углах (до 5-6°) для предупреждения искривления периодически (через 30-50 м) изменяют вращение бурового снаряда с правого на левое. В этих условиях такая мера может обеспечить поддержание постоянства азимутального направления.

1.3 Основные понятия об искривлении скважин

Ось любой скважины, будь она вертикально или наклонно заданной, в процессе бурения отклоняется от своего проектного направления, т. е. скважина искривляется.

Искривлением буровой скважины в данной точке называется отклонение ее от вертикали и направление этого отклонения относительно стран света.

Искривление скважин в данной точке О характеризуется двумя углами: углом искривления б и азимутальным углом ц (рис. 6.4).

Угол искривления (зенитный угол ) б - угол между касательной к оси ствола скважины в точке замера и проекцией этой касательной на вертикальную плоскость. Угол, равный (90°- б), называется углом наклона скважины и обозначается з. Угол наклона з - это отклонение оси ствола скважины от горизонтали.

Азимутальный угол (азимут скважины) ц - 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.

Если азимутальное направление постоянно, то наблюдается плоскостное искривление ствола скважины. Если же постоянно изменяются как зенитный угол, так и азимут направления, то в этом случае наблюдается пространственное искривление ствола скважины.

Непроизвольно искривленными скважинами называются все вертикально или наклонно заданные с поверхности скважины, характеризующиеся искривлением от заданного направления.

К искусственно искривленным относятся скважины, которые бурятся по заданному профилю. Такие скважины могут быть наклонными, плоско искривленными и реже пространственно искривленными. В теории и практике бурения понятие «искривление» применимо при изучении причин и механизма искривления скважин.

Определения и термины, относящиеся к проблеме искривления скважины, трактуются следующим образом:

кривизной скважины называется приращение угла искривления на определенном криволинейном участке;

апсидальная плоскость - вертикальная плоскость, проходящая через касательную к оси скважины в точке проведения замера;

зенитное искривление - изменение зенитного угла между двумя точками замеров;

азимутальное искривление - изменение азимута скважины на участке между двумя точками замеров, т. е. разность азимутов, измеренных в этих точках;

общий или пространственный угол искривления - угол между двумя касательными, проведенными к оси ствола в точках замеров, лежащих в плоскости искривления скважины. В этом случае принято допущение, что ось ствола скважины на участке между двумя замерами представляет собой плоскую кривую, а само искривление - бесконечно малое число плоских кривых, повернутых относительно друг друга на некоторый угол;

интенсивность искривления - величина, характеризующая степень искривления ствола и равная отношению приращения угла искривления к расстоянию между точками замеров по оси скважины.



1.4 Измерение искривления скважин

В процессе бурения необходимо замерять направление ствола скважины через определенные интервалы глубины. Систематическое наблюдение за искривлением позволяет установить отход оси скважины от заданного направления и тем самым избежать или принять своевременно меры для предупреждения и ликвидации ее искривления.

Искривление скважины определяют по углу отклонения скважины от вертикали и азимуту искривления (угол между вертикальной плоскостью, в которой лежит ось искривленной скважины, и вертикальной плоскостью, проходящей через северный конец магнитной стрелки).

Для измерения искривления скважины используют обычно специальные приборы, называемые инклинометрами. Результаты измерений инклинометром представляются в виде таблиц углов наклона и азимута через 25 или 50 м глубины. Результаты измерений изображаются также в виде графиков проекций ствола скважины на горизонтальную плоскость в различных масштабах. Эти графики называются инклинограммами. На них обычно указываются направления магнитного меридиана, горизонтальный масштаб и общее отклонение. Кроме того, у каждой точки наносятся глубина и углы наклона.

Измерение искривления скважины производят не только в процессе бурения, оно ведется, как правило, совместно с проведением геофизических исследований, что повышает точность и детальность расшифровки последних.

Различают два вида измерений искривлений: а) оперативный, выполняемый силами буровой бригады при бурении по специальному профилю одно- и многозабойных скважин; б) плановый контроль искривления скважин, который обеспечивается геофизической службой и производится через определенные интервалы (25-50 м) или по всему стволу скважины. Частота оперативного контроля за кривизной скважины зависит от степени интенсивности искривления. Своевременно произведенное измерение кривизны скважины позволяет оценить степень совпадения проектного и фактического профилей скважины.

Для измерения зенитного угла б и азимута ц применяются методы: а) прямых или непосредственных и б) косвенных измерений; последние используются в основном для оценки азимута. При прямых измерениях чувствительные элементы прибора реагируют непосредственно на измеряемую величину б или ц. Чувствительными элементами, определяющими зенитный угол б, могут быть отвес, маятник, горизонтальный уровень жидкости, сферический уровень, шарик на сферической поверхности и др. Азимут ц измеряют с помощью магнитной стрелки, гироскопического компаса или методом ориентации с поверхности. Полученные при прямом измерении значения ц и б могут быть непосредственно использованы после внесения в них поправок на погрешность в самих приборах для построения проекций оси скважин.

При косвенном методе измерения значения ц и б определяют по некоторым другим величинам, функционально связанным с первыми. Чувствительными элементами приборов в этом случае являются: отвес, положение которого проектируется на две взаимно перпендикулярные плоскости, маятник, двигающийся в плоскости, перпендикулярной оси прибора, уровень жидкости и т. д.

Косвенный метод измерения искривления обычно применяют в скважинах, проходимых в ферромагнитных средах, а также при измерениях в обсадных трубах.

1.5 Проектирование и бурение наклонных скважин

1.5.1 Искусственное отклонение скважин

Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ. Оно подразделяется на наклонное, горизонтальное, многозабойное (разветвленно-наклонное, разветвленно-горизонтальное) и многоствольное (кустовое) бурение. Бурение этих скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, увеличивает нефтегазоотдачу пластов, снижает капиталовложения и уменьшает затраты дорогостоящих материалов.

Искусственное отклонение применяется в следующих случаях (рис. 6.5):

1) при вскрытии нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя 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) 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;

Примеры применения наклонного бурения скважины:

1 - проходка с морского основания; 2 - разбуривание морского нефтяного месторождения с берега; 3 - отклонение ствола скважины от сбросовой зоны (зоны разрыва) по направлению к нефтеносному участку; 4 - проходка наклонной скважины, забой которой будет расположен под участком, недоступным для установки буровой; 5 - бурение на нефтеносные пласты моноклинального типа; 6 - бурение вспомогательной наклонной скважины для ликвидации пожара или открытого фонтана; 7 - уход в сторону при аварии; 8 - проходка наклонных скважин в районе залегания соляного купола; Н - нефть; Г - газ; С - соль; В - вода

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 второго 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 способе бурения.

В настоящее время применяют следующие 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. Недостаток указанного способа - удорожание стоимости скважин вследствие увеличения объема бурения. 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-технологи- ческих условий.

Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение оси ствола от вертикали по вполне определенной кривой, называются наклонными или наклонно направленными.

1.5.2 Отклоняющие средства

Отклоняющие средства используются для корректирования профиля скважин, для создания дополнительных стволов при многозабойном бурении, при ликвидации аварий, т. е. в тех случаях, когда возникает необходимость отхода от данного направления скважины с использованием искусственного способа ее искривления.

При роторном бурении процесс искусственного искривления ствола скважины представляет собой последовательные зарезки (уходы в сторону). Для этого применяют клиновые отклонители: неизвлекаемые клинья, съемные клинья, отклоняющие клиновые снаряды и др.

Клиновые отклонители бывают открытого и закрытого типа. Первые обеспечивают искривление скважины без потери диаметра, вторые - при обязательном переходе на следующий, меньший диаметр.

Клиновые отклонители характеризуются: 1) простотой конструкции, 2) небольшим углом искривления (до 3-3,5°), 3) длительностью цикла работ, связанных с отклонением скважины. Они могут быть неизвлекаемые и извлекаемые.

Простой неизвлекаемый клин состоит из корпуса, в верхней части снабженного желобом. С помощью неизвлекаемого клина может быть произведено только одноразовое искривление скважины. При неориентируемой установке его опускают в скважину свободным сбрасыванием.

Клин может быть поставлен на естественный и искусственный забой. После сбрасывания или ориентированной постановки клина на забой его раскрепляют: 1) заклиночным материалом; 2) специальными распорными устройствами; 3) постановкой клина на специальный подпятник; 4) цементированием; 5) закреплением смолами.

Разновидностью простого клина является самоориентирующийся клин, состоящий из собственно клина и утяжелителя. В наклонной скважине утяжелитель всегда устанавливается в плоскости ее наклона. При этом желоб может быть развернут в любом необходимом направлении. Однако точность установки клина таким образом невелика.

Для отклонения дополнительных стволов скважин от основного при многозабойном бурении были разработаны аналогичные по конструкции неизвлекаемые стационарные отклоняющие клинья двух диаметров 73 и 57 мм: КОС-73 и КОС-57 с углом скоса желоба 2° 30'.

Ориентирование клина может быть произведено с помощью ориентаторов.

В отличие от стационарных съемные клинья и отклоняющие клиновые снаряды обеспечивают многократное искривление скважины в любом направлении по б и ц с естественного забоя. К этой группе отклонителей относятся: 1) съемные клинья и 2) отклоняющие снаряды. Отклонение с их помощью производится в две стадии: а) бурение пилот-скважины и б) последующее ее расширение до окончательного диаметра.

Бесклиновые отклонители, как и клиновые, составляют весьма значительную группу. Обычно их делят на: 1) отклонители разового действия; 2) отклонители периодического действия; 3) отклонители непрерывного действия, например турбобур с кривым переводником, снаряд ТЗ и др.

Наиболее широкое применение в практике буровых работ в последнее время получили отклонители с шарнирным устройством: 1) с опорой на коронку и 2) с промежуточной опорой.

При турбинном бурении возможно непрерывное искривление ствола скважины с использованием при компоновке низа бурильной колонны кривой трубы, кривого переводника, отклонителей типа Р-1, турбобура с эксцентричным ниппелем, искривленных забойных двигателей.

Для получения отклоняющего усилия на долоте в процессе наклонно-направленного бурения турбобуром может быть использована различная компоновка низа бурильной колонны.

Одной из первых конструкций отклонителей является кривая тpyба, представляющая собой изогнутую бурильную толстостенную трубу. Изогнутая бурильная труба устанавливается непосредственно над турбобуром. При спуске бурильной колонны в скважину кривая труба деформируется, в ней и в колонне труб возникают силы упругости, вследствие чего долото прижимается к стенке скважины.

Кривая труба вследствие недостаточной жесткости не обеспечивает набора больших углов наклона. При ее помощи достигаются искривления стволов до 20-25°. Изогнутые бурильные трубы трудно транспортировать, сложно изготовлять с требуемым углом изгиба, а в процессе эксплуатации они теряют первоначальный угол.

В практике чаще применяют кривой переводник, который крепится непосредственно к турбобуру. Кривой переводник работает на том же принципе, что и кривая труба, но угол перекоса его может быть выдержан с достаточной степенью точности, а малые габаритные размеры облегчают перевозку и эксплуатацию. Кривой переводник также имеет серьезные недостатки: темп набора угла наклона в значительной степени зависит от режима бурения, жесткости и веса бурильных труб, расположенных над ним, а также от фактического диаметра ствола скважины.

Кривой переводник следует применять в сочетании с нормальным серийным турбобуром для набора углов наклона до 40-45°. Этот же отклонитель в комплекте с коротким турбобуром может быть использован для набора углов наклона до 90° и выше.

В качестве отклонителя применяют также эксцентричный ниппель. Он выполняется в виде накладки, наваренной на ниппель турбобура. Конструкция эксцентричного ниппеля предусматривает превышение расстояния от оси турбобура до края накладки по сравнению с радиусом долота до 5 мм. Эксцентричный ниппель можно применять для набора весьма значительных углов наклона и при необходимости исправления с большой точностью. Следует иметь в виду, что при использовании эксцентричных ниппелей возрастает опасность прихвата инструмента.

Наиболее широко при турбинном способе бурения применяется отклонитель Р-1, представляющий собой отрезок УБТ, оси присоединительных резьб которого перекошены по отношению к оси трубы. Перекосы выполнены в одной плоскости и направлены в одну сторону. Устанавливают его непосредственно над турбобуром. Отклонитель Р-1 применяют для набора угла наклона до 90° и выше, изменения азимута искривления ствола, зарезок вторых стволов с цементного моста и из открытого ствола. Темп набора угла наклона, получаемый при помощи отклонителя Р-1, достаточно равномерен и практически не зависит от режима бурения.

Наряду с перечисленными выше типами отклонителей в настоящее время для искривления стволов скважин успешно применяют искривленные забойные двигатели - кривой электробур и кривой секционный турбобур. Кривизна забойных двигателей достигается заменой обычных соединительных надставок надставками, искривленными на 1,5-2°.

1.5.3 Бурение наклонных скважин

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.

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.

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.

Если при бурении наклонной скважины главным является достижение заданной области продуктивного пласта и его поперечное пересечение под углом, величина которого, как правило, жестко не устанавливается, то основная цель бурения горизонтальной скважины - пересечение продуктивного пласта в продольном направлении. При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать 1000 м.

Кустовое бурение сооружение скважин, в основном наклонно направленных, устья которых группируются на близком расстоянии друг от друга с общей ограниченной площадки, а забои вскрывают продуктивный горизонт в заданных точках в соответствии с сеткой разработки (рис. 6.6).

Схема кустового бурения скважин

Условия, вызывающие необходимость применения кустового бурения, подразделяются на технические - разбуривание кустовым бурением месторождений, залегающих под застроенными участками; технологические - во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты; геологические - разбуривание, например, многопластовой залежи; орографические - вскрытие кустовым бурением нефтяных и газовых месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад; климатические - разбуривание нефтяных и газовых месторождений, например в зимний период, когда наблюдается большой снеговой покров, или весной во время распутицы и значительных паводков.

К разновидностям кустового бурения можно отнести двухствольное последовательное, двухствольное параллельное и трехствольное бурение. Кусты скважин приближенно можно представить в виде конуса или пирамиды, вершинами которых являются кустовые площадки, а основаниями - окружность или многоугольник, размеры которых определяются величиной сетки разработки и возможностью смещения забоев от вертикали при бурении наклонных скважин.

Количество скважин в кусте, помимо сетки разработки, наличия одно- или многопластовых залежей и других факторов, определяется технически возможными отклонениями забоев наклонных скважин.

При разбуривании многопластовых месторождений число скважин в кусте может пропорционально увеличиваться. При расположении кустов вдоль транспортной магистрали число скважин в кусте уменьшается по сравнению с одним локальным кустом.

В зависимости от выбранного варианта расположения устьев в кусте объем подготовительных, строительно-монтажных и демонтажных работ может изменяться в самых широких пределах. Кроме того, от выбранного варианта расположения устьев в кусте зависят размеры отчуждаемой территории, что очень важно для обжитых районов. Характер расположения устьев скважин на кустовой площадке играет большую роль и при эксплуатации скважин. При бурении скважин на кустовой площадке число одновременно действующих буровых установок может быть различным.

Опыт кустового бурения показывает, что этот метод дает возможность значительно сократить строительно-монтажные работы, уменьшить объем строительства дорог, водоводов, линий электропередачи и связи, упростить обслуживание эксплуатируемых скважин и сократить объем перевозок. В настоящее время кусты скважин становятся крупными промышленными центрами с базами материально-технического снабжения, вспомогательными цехами и т. д. В целом кустовой способ бурения сокращает затраты на обустройство промысла, упрощает автоматизацию процессов добычи и обслуживания, а также способствует охране окружающей среды при освоении нефтяных и газовых месторождений. В этом случае можно полнее осуществлять сбор всех продуктов отхода бурения и уменьшать вероятность понижения уровня грунтовых вод на огромных территориях, которое может возникнуть вследствие нарушения целостности водоносных горизонтов.

Минимальное число скважин в кусте - две. Практически на нефтяных промыслах России группируют до 16-24 скважин в куст, но есть отдельные кусты, состоящие из 30 и более скважин. Из зарубежной практики известны случаи, когда число скважин в кусте превышает 60. Так, в Калифорнийском заливе в США 68 скважин было пробурено с насыпного острова размером 60Ч60 м.

Один из прогрессивных методов повышения технико-экономи- ческой эффективности проходки скважин - многозабойное бурение. Сущность этого способа заключается в том, что из основного ствола скважины проводят один или несколько дополнительных стволов, заменяющих собой скважины, которые могли быть пробурены для этих же целей непосредственно с земной поверхности. Следовательно, в этом случае основной ствол используется многократно, поэтому значительно сокращается объем бурения по верхним непродуктивным горизонтам (рис. 6.7).

Схема многозабойной скважины

скважина бурение искривление

При многозабойном бурении нефтяных и газовых скважин значительно увеличивается полезная протяженность скважин в продуктивном пласте и соответственно зона дренирования, а также поверхность фильтрации.

По форме выполнения дополнительных стволов и по их пространственному положению различают следующие виды многозабойных скважин:

разветвленные наклонно направленные;

горизонтально разветвленные;

радиальные.

Разветвленные наклонно направленные скважины состоят из основного ствола, обычно вертикального, и дополнительных наклонно направленных стволов.

Горизонтально разветвленные скважины - это разновидность разветвленных наклонно направленных скважин, т. к. их проводят аналогичным способом, но при этом в завершающем интервале зенитный угол дополнительного ствола увеличивают до 90° и более.

У радиальных скважин основной ствол проводят горизонтально, а дополнительные - в радиальном направлении.

Разветвленные скважины являются перспективной областью развития технологии направленного бурения, т. к. их промышленное применение позволит решать следующие важные задачи освоения земных недр:

эффективная разработка нефтяных месторождений с низкими коллекторскими свойствами продуктивного пласта;

значительное сокращение числа скважин, необходимых для разработки месторождения нефти и газа;

добыча высоковязкой нефти с больших глубин;

строительство геотермальных станций в районах с невысокими температурами пластов горных пород.

Размещено на Allbest.ru

...