Метод определяющий искривление скважин
Обновлено: 07.07.2024
Искривление скважины
Искривленными являются скважины , которые изменяют в процессе бурения свое текущее направление относительно заданного при заложении. При этом изменение только зенитных углов в процессе бурения скважины вызывает ее зенитное искривление , оно происходит только в одной - вертикальной плоскости и через ось такой скважины можно провести только одну апсидальную плоскость. Изменения только азимутальных углов вызывает азимутальное искривление скважин.
Практически при искривлении скважин происходит совместное изменение зенитных и азимутальных углов, что вызывает пространственное или общее искривление скважин. Все скважины, пробуренные по плоскостной или пространственной криволинейной оси, являются искривленными. Таким образом, под искривлением следует понимать изменение положения оси или траектории скважины в пространстве к ее начальному положению , заданному при заложении скважин на дневной поверхности, в то время как расхождение между действительным положением скважины и ее проектной прямолинейной или криволинейной осью в любой данной точке ствола следует называть отклонением скважины от ее проектной трассы.
В процессе бурения преобладающее большинство скважин искривляется. Искривления многих скважин имеют достаточно стабильный, постоянно повторяющийся с высокой степенью вероятности характер и интенсивность по всей скважине или по конкретной толще пород и могут считаться закономерными; другие имеют случайный, не постоянный характер, их повторяемость и величины интенсивностей недостаточно стабильны, т. е. устанавливаются на данном этапе исследования лишь невысокой степенью вероятности и поэтому должны считаться незакономерными.
Интенсивность искривления
Естественное и искуственное искривление скважин
В общем случае, любое непреднамеренное искривление скважин, происходящее из-за непостоянства физико-механических, структурных и других свойств горных пород и их углов наклонов или углов встречи со скважиной (геологические факторы) и технологических режимов их бурения, состава колонковых наборов, породоразрушающего инструмента и т.п. (технологические факторы) и действующих раздельно или совместно, может быть названо естественным искривлением скважин.
Изменение положения оси скважины в пространстве при применении специальных отклонителей или в результате заранее заданного изменения комплекса технологических приемов (технологических режимов и видов бурения, состава и размеров компоновок колонковых наборов, центраторов, породоразрушающего инструмента и т.п.) называется искусственным искривлением скважины.
Бурение скважин с использованием их естественного искривления называется направленным бурением. Таким образом , под направленным бурением следует понимать бурение любых направленных, многоствольных, многоствольно-кустовых, горизонтальных и восстающих скважин всех разновидностей, пробуренных любым видом породоразрушающего инструмента.
а) под направленными подразумеваются любые скважины с вертикальным, наклонным и горизонтальным заложением, при проектировании которых заранее были рассчитаны углы заложения и проектная трасса с учетом естественного и (или) искусственного искривления, предусмотрены и применены технические и технологические приемы и меры предупреждения или регулирования интенсивности искривления, в том числе специальные отклоняющие средства;
б) под многоствольными подразумеваются такие направленные скважины, из основного ствола которых пройдены один или несколько дополнительных (в том числе ранее пробуренных) стволов того же или меньшего диаметра с любой трассой и с отклонениями их забоев, величина которых предусмотрена положением проектных пунктов разведочных сетей или геологическим заданием, а также для целей повторного опробования или других целей;
в) под многоствольно-кустовыми подразумеваются скважины, из основного ствола которых проходится один или несколько (серия или куст) укороченных стволов с небольшими нестандартными отклонениями их забоев того же или меньшего диаметра по полезному ископаемому, имеющие целью обеспечить повышение информации и достоверности по каждому пункту (пересечению) разведочной сети, плотность которой в этом случае должна быть соответствующим образом разрежена как по рудной, так и дневной поверхности.
Нефть, Газ и Энергетика
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. 7.4).
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.
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.
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 увеличиваее, 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.
Другие каналы связи пока не находят широкого применения.
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 увеличиваессматриваются только плоские профили.
Простейшим с точки зрения геометрии является двухинтервальный профиль (рис. 9, 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.
Четырехинтервальный тип профиля (рис. 9, 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. 9, 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. 9, 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. 9, 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. 9, з). Интервалы 5 (рис. 9, ж) и 3 (рис. 9, 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.
Нефть, Газ и Энергетика
Рисунок 1 Сравнение типов горизонтальных скважин.
* Зависит от типа горных пород и бурового раствора.
большим углом и горизонтального участка влияет на схему заканчивания и дальнейшие ремонтные работы.
Горизонтальные скважины характеризуются радиусом искривления криволинейного участка, по которому приходят к горизонтальному участку. На практике обычно выделяют три основных типа скважин (Таблица 1).
Тип скважины
Интенсивность набора зенитного угла
Радиус искривления,
Радиус искривления,
Скважина с большим радиусом искривления
2-6 0 /30 м(100 фут)
Скважина со средним радиусом искривления
7-35 0 /30 м(100 фут)
Скважина с малым радиусом искривления
5-10 0 /1 м(100 фут)
Таблица 1
Скважины с большим радиусом искривления
Горизонтальные скважины с большим радиусом искривления характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 2-6 град./30 м (100 фут.), который дает радиус искривления 900-290 м (3000- 1000 фут.).
Проводка скважины такого профиля осуществляется с помощью инструмента для обычного направленного бурения.
Горизонтальные участки имеют длину до 2500 м (8000 фут.). Скважина с таким профилем хорошо подходит для тех случаев, когда для достижения заданной точки входа в пласт требуется большое горизонтальное отклонение.
Скважины со средним радиусом искривления
Горизонтальные скважины со средним радиусом искривления имеют интенсивность набора зенитного угла 7-35 град./30 м (100 фут.), радиусы искривления 50-300 м (160-1000 фут.) и горизонтальные участки длиной до 2500 м (8000 фут.).
👉 Эти скважины бурятся с помощью специальных гидравлических забойных двигателей и обычных элементов бурильных колонн. Компоновки с двойным перекосом рассчитаны на набор зенитного угла с интенсивностью до 35 град./30 м (100 фут.).
- Горизонтальный участок бурят обычными компоновками, включая забойныи двигатель с регулируемым углом перекоса ( S МА). Такой профиль скважины обычен для бурения на суше и многозабойного бурения.
На практике скважина считается скважиной со средним радиусом искривления, если компоновку низа бурильной колонны (ВНА) нельзя вращать после проходки участка набора зенитного угла со средним радиусом искривления.
Максимальная интенсивность набора зенитного угла при бурении в начале криволинейного участка со средним радиусом искривления при бурении ограничена пределами на изгиб и кручение для бурильных труб по стандарту АНИ.
Скважины малого диаметра с более гибкими трубами имеют 6олее высокие допустимые максимальные значения резких перегибов ствола ( DLS ).
Скважины с малым радиусом искривления
Горизонтальные скважины с малыми радиусами искривления имеют интенсивность искривления набора зенитного угла 5-10 град./метр (1-1/2-3 град./фут.), которому соответствует радиус искривления 12,2-6,1 м (40-20 фут.). Длина горизонтального участка находится в диапазоне 60-275 м (200-900 фут.).
👉Скважины с малыми радиусами искривления бурятся с помощью специального бурильного инструмента и по специальной технологии. Такой профиль находит наибольшее распространение при бурении дополнительных стволов из имеющихся скважин.
Скважины со сверхмалым радиусом искривления
Помимо вышеуказанных существует схема со сверхмалым радиусом искривления, по которой можно изменить направление скважины от вертикального до горизонтального по радиусу 0,3-0,6 м (1-2 фут.).
Бурение скважин с большим радиусом искривления
Рисунок 2 Идеализированный профиль скважины с большим радиусом искривления
- На рис. 2 показан профиль скважины с большим радиусом искривления. Следует отметить, что скважина должна изменить направление от вертикального до горизонтального на глубине 300-900 м. (1000-3000 фут.) по вертикали.
- Глубина вертикального участка зависит от интенсивности набора зенитного угла на криволинейном участке и зенитного угла на участке стабилизации, входящих в профиль скважины.
- Участки стабилизации часто планируются в профилях скважин для того, чтобы обеспечить горизонтальное отклонение, необходимое для входа в пласт в заданной точке. Они также позволяют попасть в заданную точку в случае отклонения фактической интенсивности набора зенитного угла от проектной.
Тип скважины
Интенсивность набора зенитного угла
Скважина с большим радиусом искривленмия
2-6 0 /30 м (100 фут.)
- Скважины с большими радиусами искривления могут буриться набором компоновок для обычного направленного бурения. Начальное искривление скважин производится компоновками с забойными двигателями.
- Такие компоновки могут содержать обычный забойный двигатель с кривым переводником, но обычно включают забойный двигатель с регулируемым углом перекоса ( S МА).
- Если S МА используется для бурения участка набора зенитного угла, то его обычно применяют и для бурения участка стабилизации зенитного угла.
- Если вместо S МА для начального искривления скважины используют забойный двигатель с кривым переводником, участок стабилизации зенитного угла часто бурят роторной компоновкой (ВНА).
- После проходки участка стабилизации зенитного угла для набора зенитного угла перед горизонтальным участком используют компоновку, включающую забойный двигатель с регулируемым углом перекоса ( S МА).
Горизонтальный участок обычно бурят забойным двигателем с регулируемым углом перекоса, рассчитанным на интенсивность резкого перегиба 2-3 /30 м (100 фут.) при ориентированном бурении (установка устройства в положение на бурение с изменением угла). Избегают применять компоновки с большими углами перекоса, чтобы свести к минимуму крутящий момент на роторе и нагрузку на крюк при подъеме и увеличить стойкость долота и межремонтный период забойного двигателя.
Рейсы с роторными компоновками осуществлялись успешно в тех горизонтальных участках, где не требовалось управлять азимутом скважины.
Вообще же используются компоновки, включающие забойный двигатель с регулируемым углом перекоса, так как они обеспечивают высокое качество управления зенитным углом и азимутом.
К РЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ
- При креплении скважин башмак обсадной колонны устанавливают обычно или перед конечным участком набора зенитного угла или после окончания бурения участка набора зенитного угла.
- Глубина установки зависит от пород геологического разреза и ожидаемых осложнений в открытом стволе.
- При минимальных осложнениях промежуточную колонну часто спускают до конца последнего участка набора зенитного угла. Это позволяет установить эксплуатационную колонну-хвостовик в прямом участке, а не в зоне изгиба.
Если ожидаются осложнения при бурении участка стабилизации зенитного угла, башмак промежуточной колонны можно устанавливать выше последнего участка набора зенитного угла. Это уменьшает протяженность открытого ствола до бурения в заданном объекте.
Достоинства и недостатки профилей с большим
радиусом искривления
ДОСТОИНСТВА
*Более низкая интенсивность резких перегибов ( DLS )
*Длинный горизонтальный участок (по сравнению с профилем с малым радиусом искривления)
*Возможность достижения большого горизонтального отклонения забоя от устья в плане
*Пригодность технологий и оборудования, используемых для обычного направленного бурения
*Увеличение доли роторного бурения позволяет улучшить показатели строительства скважины
*Использование стандартных бурильных и обсадных труб
*Уменьшение ограничений на диаметры скважины и оборудования
*Возможность расширения диапазона схем заканчивания
*Большая приспособленность к геофизическим исследованиям скважины и отбору керна
*Возможность бурения компоновками, включающими забойный двигатель с регулируемым углом перекоса
НЕДОСТАТКИ
*Большая протяженность участков скважины, на которых необходимо контролировать траекторию
*Большая протяженность открытого ствола (возможно больше осложнений)
*Увеличивается общая глубина скважины по стволу
*Возможно увеличение стоимости строительства скважины
*Требуется больше обсадных труб
Бурение скважин со средним радиусом искривления
На рис. 3 представлен типовой профиль скважины со средним радиусом искривления и стабилизации зенитного угла, которая допускает отклонение фактических значений интенсивности набора зенитного угла от проектных значений.
Рисунок 3 . Профиль скважины со средним радиусом искривления и участком стабилизации зенитного угла.
При средних радиусах траектория скважины может менять положение от вертикального до горизонтального при глубине скважины по вертикали 90-300 м (300-1000 фут.). Известно много систем для бурения скважин со средним радиусом искривления.
👉Они обьединяют различные схемы размещения с изогнутым корпусом забойного двигателя, с корпусом с регулируемым углом перекоса кривых переводников и стабилизаторов.
При работах со средним радиусом искривления в участке скважины с высокой интенсивностью набора зенитного угла применяются компоновки с двойным перекосом. Они рассчитаны на набор зенитного угла с интенсивностью до 35 град./30 м (100 фут.) при ориентированном положении компоновки (т.е. без вращения бурильной колонны).
👀Проектная интенсивность набора зенитного угла определяется размерами и размещением отклоняющих устройств и стабилизаторов и обычно для забойных двигателей достигает 16 /30 м (100 фут.).
Компоновок с одним отклонителем могут быть использованы как при роторном, так и при бурении с использованием забойного двигателя.
Обсадные колонны
Обычно обсадная колонна устанавливается непосредственно над точкой отклонения скважины от вертикали или новый ствол забуривается из существующей обсадной колонны.
Преимущества и недостатки профилей со средним
радиусом искривления
ПРЕИМУЩЕСТВА
*Уменьшение длины открытого ствола по сравнению с профилем скважины с большим радиусом искривления
*Применение обычного бурового оборудования
*Можно уменьшить крутящий момент и усилие на крюке при подъеме
*Управление траекторией скважины осуществляется на более коротком интервале. Сочетание меньшего изгиба и более редкой смены конструкций компоновки облегчает получение равномерной интенсивности набора зенитного угла
*Возможность обеспечить, по сравнению с искривлением скважины по малому радиусу, большое горизонтальное отклонение
*Более широкий диапазон вариантов заканчивания по сравнению с малым радиусом. Возможность проводить каротаж и отбор керна
*Возможность многозабойного бурения из одной скважины
НЕДОСТАТКИ
*Могут потребоваться некоторые специальные инструменты, например КНБК с двойным перекосом
*Требуются специальные методы бурения (например, отсутствие вращения бурильной колонны при работе КНБК на участке набора зенитного угла затрудняет очистку скважины). Если требуется вращение бурильной колонны (например, для проработки скважины), большие циклические напряжения изгиба ускоряют усталость материалов элементов
*Могут потребоваться соединения, не соответствующие стандарту АНИ, более дорогие обсадные и бурильные трубы
*Более высокие интенсивности при резком перегибе ствола (по сравнению с профилем скважины, пробуренной по большому радиусу) ограничивают возможности каротажа и схемы эаканчивания скважины.
Бурение скважин с малым радиусом искривлений
В большинстве областей применения скважина бурится вертикально и искривляется по малому радиусу непосредственно в кровле пласта или в самом пласте.
Методика работы состоит в установке пакера с уипстоком и отклонением скважины с набором зенитного угла специальной компоновкой для набора угла (рис.4). При достижении угла в 90 град, спускают специальную компоновку для стабилизации зенитного угла, чтобы бурить горизонтальный участок.
Эта специальная компоновка для стабилизации зенитного угла приводится в действие трубами с шарнирными соединениями, позволяющими вращаться им в стесненном пространстве скважины, искривленной по малому радиусу.
В последнее время на некоторых скважинах использовались системы с забойным двигателем с шарнирными соединениями для профилей с малым радиусом искривления.
Большинство скважин, пробуренных такой системой, имело глубину по вертикали менее 3000 метров (10 000 фут.) и горизонтальные участки длиной 90-120 м (300-400 фут.), хотя иногда они достигали длины 350 м (900 фут.).
Рисунок 4 . Вырезание окна компоновкой с уипстоком.
👆Одна из главных проблем при использовании этой системы состоит в необходимости спустить измерительный прибор для каждого каротажа в отдельных рейсах на алюминиевой трубе. Это увеличивает продолжительность и стоимость геофизических исследований скважины.
Конструкция скважины
Так как профиль скважины с малым радиусом искривления используется для многозабойного бурения, большинство скважин с малым радиусом искривления заканчивают открытым стволом. Иногда спускают хвостовик со щелевидными отверстиями.
Варианты бурения боковых стволов из
существующих скважин
Существует четыре главных системы бурения бокового ствола горизонтально-разветвленных скважин:
*Технология бурения скважин по сверхмалому радиусу с помощью струи высокого давления
*Система бурения скважин с малыми радиусами искривления, основанная на применении роторной компоновки
*Система бурения скважин с малыми радиусами искривления, основанная на использовании забойных двигателей
*Бурение скважин по среднему радиусу искривления четыре системы пригодны или будут пригодными для бурения бокового ствола.
- Первые три системы требуют применения специального бурильного инструмента и специальных методов исследований в скважинах. Малые радиусы искривления скважин накладывают также ограничения на возможность оценки продуктивного пласта и методы заканчивания скважин.
- В отличие от них при средних радиусах искривления применяется обычный бурильный инструмент, включая систему измерений в процессе бурения для инклинометрии и ориентирования отклонителя.
- Единственным исключением являются ограничения оценки продуктивного пласта и заканчивания скважины по радиальному зазору, связанные с ограничениями по диаметру скважины.
- По этой причине ожидается, что на рынке технологий для бурения боковых стволов приоритет за оборудованием для проводки скважин по средним радиусам искривления.
Системы бурения боковых стволов из колонны
С ультрамалым радиусом искривления
С малым радиусом искривления и роторной компоновкой
С малым радиусом искривления и забойным двигателем
Со средним радиусом искривления
Компоновка с регулируемым углом перекоса и телеметрической системой, кабельным каналом связи
Компоновка с системой измерений в процессе бурения*
Специальный бурильный инструмент
*Возможно также проведение гамма-каротажа
Таблица 2 Системы бурения скважин с боковыми стволами.
👉Рынок технологий для бурения бокового ствола будет развиваться, если только скважины с боковыми стволами обеспечат экономически выгодную добычу углеводородов. Скважины с боковыми стволами представляют интерес, так как они позволяют снизить стоимость проектов разработки. Трубопроводы и оборудование для добычи уже смонтировано, разрешение на проводку дополнительных стволов и перевод в эксплуатацию может быть получено в кратчайшие сроки.
Имеются также возможности снижения расходов на бурение. Это произойдет по мере освоения промышленностью технологии искривления скважин, и тогда во многих случаях расходы на проходку горизонтальных скважин снизятся на 25-50%. Усовершенствование характеристик оборудования и поощрение буровых контрактов на такие виды работ приведет к еще большему снижению общих расходов на бурение.
С другой стороны, эти скважины должны увеличить дебит скважин, запасы нефти или коэффициент извлечения нефти (ЕО R ). Эти преимущества должны подтвердиться.
Приведенные ниже рисунки иллюстрируют схемы, пригодные при проектировании горизонтальных боковых стволов. На них представлены типичные эксплуатационные скважины с промежуточной колонной, установленной над продуктивным пластом и эксплуатационной колонной-хвостовиком, установленной в наклонном участке, вскрывшем продуктивную зону.
По схеме 1 в промежуточной колонне вырезается окно и П роектируется профиль со средним радиусом искривления, чтобы получить горизонтальный участок в продуктивном пласте. Преимуществом этой схемы является то, что она может быть реализована относительно легко, взаимодействие горных пород с буровым раствором должно быть хорошо известно и можно выбрать максимальный размер эксплуатационной колонны-хвостовика.
К недостаткам схемы 1 относится то ,.
Схема 1
Схема 2
Преимуществом схемы 2 перед схемой 1 является то, что она дает большую свободу в приближении горизонтального участка к старому эксплуатационному участку под более строгим геологическим контролем.
Основным недостатком схемы 2 является то, что бурение " S "-образного криволинейного участка сопряжено с большим риском. Это приводит к удлинению и удорожанию скважины, увеличивает крутящий момент и нагрузку на крюке при подъёме и ведет к большему износу промежуточной колонны.
Схема 3
Схема 3 предусматривает вырезание окна в эксплуатационной колонне-хвостовике, забуривание нового ствола и бурение горизонтального участка меньшим диаметром.
Преимуществом здесь является то, что длина нового ствола и его закрепленного участка может быть сведена до минимума и начало горизонтельного участка будет ближе к старой скважине, чем в схеме 1.
К недостаткам относится то, что в скважинах малого диаметра можно прово-
дить только гамм а- каротаж, а не полный объем измерений в процессе бурения. К тому же ориентация горизонтального участка будет ограничена направлением старой скважины, а эксплуатационная колонна-хвостовик должна иметь малый диаметр.
Схема 4
В схеме 4 промежуточная колонна срезается и извлекается. Новый ствол бурится из точки ниже башмака предыдущей обсадной колонны. Выше продуктивного пласта устанавливается новая промежуточная колонна. Очевидно, что это даёт большую свободу действий при проводке горизонтального участка и работ по заканчиванию скважины, но эта схема является самой дорогой из четырёх.
Главная проблема бурения боковых стволов в настоящее время связана с боль-
шими затратами времени на забуривание нового ствола. Усовершенствование конструкций райберов позволило вырезать окно за один рейс. Проблемы с некачественными цементными мостами в скважине были решены предварительным расширением участка установки моста-пробки и установкой уипстока в обсадной колонне без его цементирования.
Для любой новой технологии или ее усовершенствования все сложности преодолеваются в ходе её широкого применения.
- Имеются проблемы с существующей в настоящее время технологией забуривания нового ствола (например, отклоняющие клинья ориентируются неточно или проворачиваются после установки).
- Существуют также проблемы с вырезанием окна в обсадной колонне и вытеснением цемента при установке цементных мостов.
Эти проблемы приводят к перерасходу средств и времени. Затраты времени и средств на забуривания нового ствола по существующей технологии составляют примерно 10-20% общих затрат на строительство скважины. Необходима надежная недорогая технология забуривания нового ствола, включающая вырезание окна и забуривание нового ствола.
Следует увеличить возможности скважинных приборов малого диаметра для ориентирования забурочных приспособлений, геофизических исследований скважины и оценки продуктивного пласта. Это особенно важно для каротажных приборов при забуривании новых стволов из обсадной колонны диаметром 114 мм (4 1/2 дюйма).
Некоторые из этих приборов уже имеются, но они станут доступными только в том случае, если в них появится настоятельная необходимость. У некоторых поставщиков есть система измерений в процессе направленного бурения, которая может быть укомплектована прибором для гамма-каротажа для забуривания нового ствола из обсадной колонны диаметром 114 мм (4 1/2 дюйма).
- Малый диаметр скважин и высокая интенсивность их искривления будут ограничивать выбор схем заканчивания скважины и возможно длину горизонтального участка. Большинство скважин будут заканчиваться, видимо, открытым стволом или с креплением щелевидным хвостовиком в силу дешевизны и простоты этих схем.
- Для некоторых случаев потребуются более сложные схемы заканчивания с использованием заколонного пакера. Трудно прогнозировать возможную длину горизонтального участка скважины, но ожидается, что бурение участка длиной 500 м (1625 фут.) не будет представлять проблему. О длине горизонтального участка, необходимой для успешного бурения бокового ствола, говорить немного сложнее.
Как всегда, определение свой ств пр одуктивного пласта будут сдерживающим фактором, связанным с ограниченным ассортиментом каротажных приборов, которые можно использовать в скважинах малого диаметра.
Можно ожидать, что в дальнейшем предпочтительной будет технология бурения по среднему радиусу искривления. Промышленность разрабатывает приборы и методы для бурения скважин малого диаметра, чтобы забуривание новых стволов из обсадной колонны диаметром 114 мм (4 1/2 дюйма) стало возможным и обычным делом. Количество горизонтальных скважин будет непрерывно расти и знанительную часть среди них составят скважины с боковыми стволами .
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 α и азимута φ 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 α или φ. Чувствительными элементами, определяющими зенитный угол α, могут быть отвес, маятник, горизонтальный уровень жидкости, сферический уровень, шарик на сферической поверхности и др. Азимут φ измеряют с помощью магнитной стрелки, гироскопического компаса или методом ориентации с поверхности. Полученные при прямом измерении значения φ и α могут быть непосредственно использованы после внесения в них поправок на погрешность в самих приборах для построения проекций оси скважин.
При косвенном методе измерения значения φ и α 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.
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 α и азимута φприменяются 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 α или φ. Чувствительными элементами, определяющими зенитный уголα, могут быть отвес, маятник, горизонтальный уровень жидкости, сферический уровень, шарик на сферической поверхности и др. Азимутφизмеряют с помощью магнитной стрелки, гироскопического компаса или методом ориентации с поверхности. Полученные при прямом измерении значения φ и α могут быть непосредственно использованы после внесения в них поправок на погрешность в самих приборах для построения проекций оси скважин.
При косвенном методе измерения значения φи α 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.
Читайте также: