Область применения наклонно – направленных и горизонтальных и многозабойных скважин, типы профилей наклонно - направленных, горизонтальных и многозабойных скважин скважин.

 

Наклонно-направленной скважиной называется скважина, специально направленная в какую-либо точку, удаленную от вертикальной проекции ее устья. Наклонно-направленные скважины применяют: при вскрытии крутопадающих пластов моноклинального типа, а также нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами; при отклонении ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта; при проводке стволов на нефтяные пласты, залегающие под соляными куполами; при необходимости обхода зон обвалов и катастрофических уходов бурового раствора; при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, озер, каналов, болот; при необходимости сохранить пахотные земли и лесные угодья; при проводке нескольких скважин на продуктивные пласты с отдельных буровых оснований, намывных дамб и эстакад; при проводке скважин на продуктивные пласты, расположен­ные под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы); при необходимости ухода в сторону новым стволом вслед­ствие невозможности ликвидации аварии в скважине; при тушении горящих фонтанов и ликвидации открытых вы­бросов; при вскрытии продуктивного пласта под определенным уг­лом для увеличения поверхности дренирования, а также при многозабойном вскрытии пластов; при кустовом бурении на равнинных площадках с целью со­кращения капитальных затрат на обустройство промысла и уменьшение сроков разбуривания месторождений; при бурении под участки, занятые жилыми и промышлен­ными зданиями и сооружениями. Существует два способа бурения наклонных скважин: а) ро­торный, представляющий собой прерывистый процесс искривле­ния ствола скважины последовательными зарезками (уходами в сторону); б) забойными двигателями, обеспечивающий непре­рывный процесс искривления ствола скважины.

Наклонные скважины в основном бурят гидравли­ческими забойными двигателями (исключение составляет буре­ние наклонных скважин электробурами). Сущность этого способа заключается в использовании такой компоновки нижней части бурильной колонны, при которой на долоте создается отклоняющая сила, перпендикулярная к его оси и непрерывно действующая в те­чение всего процесса в нужном азимуте искривления ствола скважины. При бурении наклонно-направленных скважин требуется до­полнительная затрата времени на выполнение операций по ори­ентированию отклоняющего приспособления и более строгий контроль за процессом бурения скважины. Профиль наклонной скважины должен быть выбран таким, чтобы при минимальной затрате средств и времени на ее проходку было обеспечено выполнение задачи, поставленной при бурении данной скважины.

При бурении наклонно-направленных скважин наибольшее распространение получили четыре типа профилей. Профиль I наиболее распространенный — со­стоит из трех участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполненного по плавной кривой, и третьего участка 3— по наклонной прямой. Этот профиль рекомендуется в основном для бурения наклонных скважин на однопластовые месторождения с большими отклонениями при средней глубине скважины. Профиль II состоит из четырех участков: верх­него участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполнен­ного по кривой с нарастающей кривизной, третьего участка 3— по наклонной прямой и четвертого участка 4 — по кривой с убы­вающей кривизной. Часто этот профиль применяется в не­сколько видоизменном виде — отсутствует участок 3, т. е. сразу за участком 2 с нарастающей кривизной следует участок 4 с убывающей кривизной. Профиль II типа обычно применяют при бурении наклонных скважин глубиной до 2500 м. Профиль III менее распространен, чем первые два. Состоит из двух участков: верхнего участка 1 — вертикаль­ного, второго участка 2, выполненного по кривой, постепенно увеличивающей угол наклона ствола. Бурение скважин по та­кому профилю осуществляется в тех случаях, когда необходимо выдержать определенные за энные углы входа ствола сква­жины в пласт. Профиль IV применяется при бурении глубоких наклонных скважин. Этот профиль отличается от предыдущих тем, что к вертикальному участку 1, участку 2, выполненному по кривой, и участку 3, представляющему наклонную прямую, добавляется криволинейный участок 4, характеризующийся сни­жением полученной кривизны, т. е. выполаживанием ствола, доходящим до вертикали, и прямой вертикальный участок 5. Профиль IV следует применять в тех случаях, когда нижний участок скважины имеет несколько продуктивных горизонтов.

Рассмотренные выше профили представляют собой кривую линию, расположенную в одной вертикальной плоскости. Такие профили называются профилями обычного типа. В бурении иногда приходится прибегать к профилям, которые представляют собой пространственную кривую линию, напоминающую винто­вую или спиральную линию (профили пространственного типа). Скважины по профилю этого типа бурят в тех районах, где ве­лико влияние геологических условий на самопроизвольное ис­кривление ствола скважины. При построении профиля таких скважин стремятся максимально использовать закономерности самопроизвольного искривления скважин и тем самым свести к минимуму интервалы бурения с отклонителем. Кустовым бурением называют такой способ, при котором устья скважин группируются на общей площади, а забои на­ходятся в точках, соответствующих геологической сетке раз­работки. Одно из главных преимуществ кустового бурения — значи­тельное сокращение земельных площадок, приходящихся на одну буровую, и сокращение за счет этого потрав сельскохо­зяйственных угодий. Кроме того, кустовое бурение скважин дает возможность значительно сократить строительно-монтаж­ные работы в бурении, уменьшить объем строительства дорог, водопроводов, линий электропередач и связи и т. д., улучшить руководство буровыми работами и обслуживание эксплуата­ционных скважин. Наиболее выгодно вести кустовое бурение на морских месторождениях, в горной, лесной и болотистой местностях, где возведение промысловых сооружений и стро­ительство дорог и коммуникаций затруднены и требуют боль­ших капиталовложений. Очень широко распространено бурение наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. В сложных природно-климатических условиях на за­тапливаемой и сильно заболоченной территории выполняется большой объем буровых работ. Высокие темпы строительства скважин в сочетании с использованием кустового метода разбуривания месторождений предъявляют большие требования к уровню технологии наклонного бурения. До начала бурения первой скважины составляется план куста, в котором отражается расположение устьев скважин, очередность их бурения, направление перемещения буровой установки, проектные азимуты и отклонения забоев скважин. При этом необходимо, чтобы в направлении перемещения бу­ровой установки располагалось минимально возможное коли­чество проектных забоев скважин. Очередность бурения скважин с кустовой площадки опре­деляется в зависимости от величины угла, измеряемого от направления движения буровой установки до проектного на­правления на забой скважины по ходу часовой стрелки. При этом в первую очередь бурятся скважины, для которых ука­занный угол составляет 120—240° (сначала скважины с боль­шим зенитным углом); затем скважины, горизонтальные про­екции которых с направлением движения буровой установки образуют угол, равный 60—100° и 240—300°, а также верти­кальные скважины; в последнюю очередь бурят скважины, для которых указанный выше угол равен 0—60° и 300—360°, при этом сначала бурят скважины с меньшим зенитным углом. Расстояние между устьями двух соседних скважин выби­рается прежде всего, исходя из необходимости установки аг­регатов для ремонта скважин, а также размещения станков-качалок. При выборе расстояния между устьями принимается во внимание также длина вертикального участка скважины, траектория ствола предыдущей скважины. При всем этом рас­стояние между устьями двух соседних скважин должно быть не менее 3 м. Если предыдущая скважина искривлена в на правлении движения буровой установки, расстояние между устьями может быть увеличено. При бурении наклонных скважин с кустовых площадок для сохранения вертикальности верхнего участка ствола необхо­димо обеспечить: центровку вышки; горизонтальность стола ротора; соосность резьбовых соединений нижней части бу­рильной колонны и прямолинейность УБТ; бурение верхнего интервала с проворотом инструмента, при необходимости ис­пользовать центрирующие устройства Расстояние по вертикали между точками забуривания на­клонного ствола двух соседних скважин должно быть не ме­нее 30 м, если разница в азимутах забуривания менее 10°; не менее 20 м, если разница составляет 10—20°, и 10 м, если азимуты забуривания отличаются более чем на 20°. Глубина забуривания наклонного ствола выбирается в за­висимости от угла, измеряемого от направления движения бу­ровой установки до проектного направления на точку по часо­вой стрелке: если указанный угол равен 60—300°, то первая скважина забуривается с минимальной глубины; глубина забуривания каждой последующей скважины выбирается больше, чем пре­дыдущей; если угол между направлением движения буровой уста­новки и проектным азимутом равен 60—120° или 240—300°, допускается забуривание выше, чем в предыдущей сква­жине; при величине указанного выше угла равной 0—60° или 300—360° первая скважина забуривается с большей глубины, глубина забуривания каждой последующей скважины выбира­ется меньше предыдущей. При забуривании наклонного ствола выше, чем в предыду­щей скважине, и в случае, когда предыдущая скважина вер­тикальная, необходимо выполнять следующие требования: перед спуском отклонителя замерить угол и азимут пер­вого участка профиля; при искривлении ствола более 1° забу­ривание вести с учетом опасности встречи стволов; не допускается пересечение плоскостей бурящейся и ранее пробуренных скважин; контроль за траекторией ствола следует осуществлять двумя инклинометрами. При бурении скважин одного куста должны применяться отклонители с одинаковой интенсивностью набора кривизны, не превышающей 2° на 10 м. Зона вокруг ствола скважины с радиусом, равным 1,5 % текущей глубины рассматриваемой точки за вычетом длины вертикального участка, но менее 1,5 м, считается опасной с точки зрения встречи стволов. Если в процессе бурения вы­является, что возможно соприкосновение опасных зон двух скважин, бурение продолжается с соблюдением мер, исключающих повреждение обсадной колонны, или осуществляются работы по корректированию траектории скважины. При сближении стволов необходимо делать промежуточ­ные замеры: при бурении с отклонителем через 25 м, на пря­молинейном участке через 200—300 м, контролировать взаим­ное положение стволов и расстояние между ними. Развитием кустового бурения явилось двуствольное буре­ние скважин. Двуствольное бурение — по существу скоростной метод строительства куста скважин. Сущность этого метода бурения заключается в том, что одна бригада при помощи одной буро­вой установки и одним комплектом бурильных труб бурит од­новременно две наклонные скважины, устья которых располо­жены на расстоянии 1,5 м друг от друга, а конечные забоя — в соответствии с геологической сеткой. Двуствольное бурение предусматривает возможность быстрого перехода от работы в одной скважине к работе в другой с попеременным совмещением оси талевой системы с осью одной из скважин и включения при этом в работу од­ного из двух установленных роторов. Попеременное совмеще­ние оси талевой системы с осью одной из скважин с использо­ванием соответствующего ротора осуществляется применением специальной вышки, перемещающегося кронблока с электро­приводом, управляемого с поста бурильщика, и двух ро­торов с дополнительными узлами для независимого их вклю­чения. Отличие вышки для двуствольного бурения от стандарт­ной вышки башенного типа состоит в том, что для размеще­ния перемещающегося кронблока увеличены размеры верх­него основания вышки. Верхнее основание вышки имеет вид прямоугольника (2X3 м), вдоль длинной стороны которого на 750 мм в обе стороны от центра передвигается кронблок.

Последовательность работ при бурении таких скважин сле­дующая. В начале бурения талевая система устанавливается над первым, ближайшим к лебедке ротором, и под кондуктор бурится первая скважина. По окончании бурения ствола в первой скважине, спуска и цементирования кондуктора та­левая система перемещением кронблока устанавливается над вторым ротором и бурится ствол под кондуктор во второй скважине.

Бурение второго ствола, спуск и цементирование кондук­тора совмещают во времени с процессом затвердения цемента в первом стволе. В дальнейшем бурение ведут попеременно в обоих стволах. При этом порядок выполнения спускоподъемных работ в двуствольной буровой отличается от обычного: спуск и подъем инструмента совмещаются. По окончании бурения в одном из стволов, например в стволе 2, ведущую бурильную трубу отвинчи­вают и заводят в шурф, а первую поднятую из этого ствола и отвинченную свечу не ставят на подсвечник, как при обычном бурении, а переводят к стволу 1. Свинчивают с бурильной колонной и опускают в этот ствол. Поднятую по одной свече всю бурильную колонну из ствола 2 опускают в ствол 1 и там начинают бу­рение, а над стволом 2 меняют долото и проводят подготови­тельные работы к спуску бурильной колонны и дальнейшему бурению. Метод двуствольного бурения повышает производитель­ность труда буровой бригады, улучшает использование буро­вого оборудования и бурильного инструмента, повышает ком­мерческие скорости бурения и снижает стоимость 1 м про­ходки благодаря следующим факторам:

1) сокращению объема строительно-монтажных работ при сооружении фундаментов и морских оснований, а также при строительстве или перетаскивании вышки и оборудования на новую точку;

2) совмещению подъема сработанного долота из одной скважины со спуском нового долота в другую скважину;

3) совмещению затвердения цемента в одном стволе с бу­рением в другом;

4) совмещению смены долота, замера кривизны и других электрометрических и вспомогательных работ, производимых в одном стволе, с бурением в другом. К недостаткам двуствольного бурения следует отнести уве­личение простоя каждой скважины при осложнениях и ава­риях в бурении и затруднения при эксплуатации скважины. Все существующие методы бурения скважин предусматри­вают вскрытие продуктивного пласта только одним стволом (путем вертикального или почти вертикального пересечения продуктивного пласта). Для резкого увеличения отдачи неф­тяных пластов бурят многозабойные скважины со значительно расширенной призабойной зоной, благодаря тому что ствол имеет разветвления в пределах продуктивного пласта. Разветвление скважины производится путем зарезки и бу­рения из основного ствола дополнительных, резко изогнутых пологих или даже горизонтальных стволов в сторону на де­сятки и сотни метров вдоль по продуктивному пласту. Технология проводки многозабойной скважины сводится к следующему. До кровли продуктивного пласта или же не­сколько выше бурят обычную скважину. От нее в продуктив­ном пласте в разные стороны бурятся ответвления (дополни­тельные стволы). В первую очередь до проектной глубины проводится ствол, имеющий максимальное проектное отклоне­ние. Последующие дополнительные стволы забуриваются из него последовательно снизу вверх. В том случае, если продуктивный пласт сложен неустойчивыми породами, ограничива­ются бурением одного ствола с горизонтальным вхождением в пласт. После того как многозабойная скважина пробурена, ее, как правило, до места зарезки самого верхнего дополни­тельного ствола обсаживают колонной. Для бурения резко пологих дополнительных пластов были разработаны специальные компоновки низа бурильной ко­лонны. Основная часть этих компоновок - короткий турбобур, позволяющий искривлять стволы с радиусом кривизны 25— 50 м вместо 250 м и выше, получаемых при работе стандарт­ными турбобурами. Кроме того, сравнительно небольшая масса и малая длина коротких турбобуров позволяют значи­тельно эффективнее использовать момент упругих сил, созда­ваемый обычными отклонителями.