Наклонно направленное бурение технология: Наклонно-направленное бурение — Википедия – Наклонно-направленное бурение — технология и методы

Наклонно-направленное бурение — технология и методы

Наклонно-направленное бурение скважин применяется при выработке продуктивных пластов или с целью их разведки. Конструктивно состоят их ствола с вертикальными и наклонными участками, которые были заранее спроектированы. Отклонение от вертикальности согласно используемым методам составляет от 2⁰, а при глубинном бурении свыше 6⁰. Оно может быть обосновано естественным залеганием твёрдых пород или создано искусственно с целью учёта различных влияющих факторов.

Технология бурения

Бурение наклонно-направленных скважин осуществляется с использованием специальных профилей. Обязательным условием их применения является создание начального участка в строго вертикальном положении. При выполнении геологических разведывательных работ применяют шпиндельные буровые установки с поверхности земли или глубинных выработок. В силу различных прочностных характеристик залегающих горных пород происходит естественное изменение направления бурения.

Для скважин под добычу газа или нефти используют три метода:

1. Роторное наклонно-направленное бурение. Технология имеет прерывистый характер, который заключается в бурении скважины меньшего диаметра под определённым углом с использованием шарнирного устройства и дальнейшего бурения долотом нужного диаметра по плановомунаправлению. Согласно методу, дальнейшее бурение производится после заглубления бурильной колонны нужного диаметра по этому же направлению с помощью шарнирной установки или клиновой. Буровая оборудуется стабилизаторами для обеспечения полного контроля процесса.

2. Забойное наклонно-направленное бурение

   с применением турбобура или двигателя забойного типа. Способ является непрерывным при формировании отклонения от вертикального положения ствола скважины. По технологии поворот ствола осуществляется за счёт воздействия отклоняющей долото силы в колонне, способствующая его отклонению в заданном направлении. То есть управление осуществляется за счёт контроля искривляющей силы бура, действующей в нужном азимуте. Создание такой силы осуществляется с использованием специальных переводников с нарезанной резьбой.

   Турбобур при наклонно-направленном бурении за счёт сил деформации стремится выровняться, но из-за наличия изгиба образуется момент силы, которая зависит от момента вращения бура. То есть, чем больше вращающий момент, тем больше угол наклона бурения. Предельный угол при этом составляет до 30

   0. Для увеличения угла применяют шпиндели, позволяющие перенести момент отклоняющей силы в точку размещения долота. Горизонтальные участки скважины можно получить при использовании эксцентриковых ниппелей.

3. Наклонно-направленное бурение с применением различных сочетаний буровых инструментов. В соответствии с методом, при изменении порядка бурения с применением разных инструментов создаётся скважина с необходимым направлением без использования отклонителей. Однако при этом данная технология имеет существенные ограничения по скорости бурения на максимальных оборотах, что считается значительным её недостатком.

Кустовое бурение наклонно-направленных скважин

При добыче нефти или газа методом наклонно-направленного бурения может возникать необходимость увеличения скорости откачки и уменьшения времени освоения продуктивных горизонтов во время создания новых или ремонта старых скважин. Если жёсткие ограничения по способу проходки до заданной области отсутствуют, то бурение может осуществляться путём продольного прохождения пласта. Протяжённость горизонтального участка при этом может превышать 1 км.

Кустовое наклонно-направленное бурение конструктивно представляет собой наличие единого устья и разветвлённой серии забоев, которые расположены в нескольких продуктивных пластах. Применяется при необходимости попадания в заданный продольный участок пласта или нескольких пластов, расположенных относительно недалеко друг от друга, а также для прокладки проводных и трубных коммуникаций под надземными и подземными препятствиями.

Минимальное число скважин при кустовом наклонно-направленном бурении в одном кусте составляет два, а максимальное — ограничено техническими и геологическими факторами. Способы бурения кустовым методом следующие:

1. Двухствольное последовательное.
2. Двухствольное параллельное.
3. Трёхствольное.

Ответвления скважин от устья при наклонно-направленном бурении могут выполняться в пирамидальном или конусном виде, а основания иметь округлую или многоугольную форму. При освоении многопластовых месторождений возможно увеличение скважин в кусте пропорционально существующему. При этом количество работающих буровых установок выбирается с учётом обеспечения максимальной производительности освоения продуктивного пласта.

Многозабойный метод бурения скважин

Многозабойное наклонно-направленное бурение используется для проходки базового ствола и дальнейшего забуривания с выполнением проходки нижней части пласта. Технология применяется в основном для разведки и разработки нефтяных месторождений. Осуществляется в пластах, отличающихся высокой устойчивостью и имеющие не менее 20 м монолитного пласта из твёрдых скальных пород. При глубине более 1500 м и отсутствии газового слоя многозабойное бурение сокращают из-за увеличения дренирования поверхности продуктивного пласта.

Преимуществом данного метода наклонно-направленного бурения является использование одного и того же ствола для пробуривания нескольких дополнительных стволов, что позволяет сократить время на проведение буровых работ и ускорить добычу нефти. По форме дополнительных стволов многозабойные скважины могут быть следующих видов:

1. Радиальные. Состоят из горизонтального основного ствола, который разветвляется на несколько вспомогательных, расположенных радиально.

2. Разветвлённые. Согласно технологии, дополнительные стволы располагаются под определённым наклоном к основному.

3. Разветвлённые по горизонтали. Отличаются от предыдущего вида только наличием дополнительных стволов, расположенных под углом в 90⁰.

Многозабойное наклонно-направленное бурение дополнительных стволов выполняется сверху вниз или снизу вверх. Первый метод используется при проведении работ от разрабатываемого пласта к неизвестному. Эффективен при обнаружении полезного пласта ниже исследованного уровня, поэтому основное назначение метода — исследование близкорасположенных пластов. Технология бурения снизу вверх позволяет выполнить сгущение сети разведки пласта при необходимости выяснения или уточнения оставшегося запаса полезных ископаемых.

Заключение

Методы наклонно-направленного бурения позволяют наиболее эффективно разведывать и разрабатывать продуктивные пласты. Их выбор зависит от технических возможностей буровой установки, геологических особенностей, а также от типа залегающих пластов. Основным их преимуществом является быстрое прохождение сложных твёрдых пород за счёт изменения направления бурения.

Видео: Горизонтально направленное бурение

Читайте также:

Возврат к списку

9    бурение наклонно направленных глава    и горизонтальных скважин

9    БУРЕНИЕ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ

ГЛАВА    И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

9.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

СКВАЖИН

Вскрытие продуктивной толщи направленными, в том числе горизонтальными и разветвленно-горизонтальными скважинами, позволяет следующее:

повысить продуктивность скважины за счет увеличения площади фильтрации;

продлить период безводной эксплуатации скважин; увеличить степень извлечения углеводородов на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки;

повысить эффективность закачки агентов в пласты; вовлечь в разработку пласты с низкими коллекторскими свойствами и с высоковязкой нефтью;

освоить труднодоступные нефтегазовые месторождения, в том числе морские;

улучшить технологию подземных хранилищ газа.

Направленной будем называть такую скважину, которую пробурили вдоль запроектированной пространственной трассы и попали в заданную цель, а ее забой и фильтровая зона не только располагаются в заданной области горных пород, но и ориентированы в соответствии с проектом относительно простирания пласта.

Кроме совершенствования технологии разработки нефтяных и газовых месторождений направленные скважины эффективны во многих других случаях:

при бурении в обход осложненных зон горных пород; при бурении под недоступные или занятые различными объектами участки земной поверхности;

при глушении открытых фонтанов;

при вскрытии крутопадающих пластов и т.д.

Частными случаями направленной скважины являются вертикальная и горизонтальная.

Горизонтальная скважина — это скважина, которая имеет достаточно протяженную фильтровую зону, соизмеримую по длине с вертикальной частью ствола, пробуренную преимущественно вдоль напластования между кровлей и подошвой нефтяной или газовой залежи в определенном азимутальном направлении. Основное преимущество горизонтальных скважин по сравнению с вертикальными состоит в увеличении дебита в 2—10 раз за счет расширения области дренирования и увеличения фильтрационной поверхности.

Первоочередными объектами использования направленных скважин являются:

морские месторождения углеводородов;

месторождения на территории с ограниченной возможн

ОСОБЕННОСТИ И ВИДЫ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Аннотация. Применение наклонно-направленного бурения является наиболее эффективным способом разведочных работ и повышение производительности скважин. В статье автор анализирует особенности строения и виды наклонно-направленного бурения скважин.

 

В процессе наклонно-направленного бурения создаются специальные профиля, при этом ставится обязательное условие, при котором исходный профиль направляется вертикально. Для выполнения геолого-разведочных работ используются буровые установки, которые находятся на поверхности земли или буровые установки глубинной выработки [3].

Так как прочностные характеристики пород отличаются друг от друга, в процессе бурения скважин, происходит смещение направленности бурения.

Для скважин под добычу газа или нефти используют три метода:

• Роторное наклонно-направленное бурение. Технология имеет прерывистый характер, который заключается в бурении скважины меньшего диаметра под определённым углом с использованием шарнирного устройства и дальнейшего бурения долотом нужного диаметра по плановомунаправлению. Согласно методу, дальнейшее бурение производится после заглубления бурильной колонны нужного диаметра по этому же направлению с помощью шарнирной установки или клиновой. Буровая оборудуется стабилизаторами для обеспечения полного контроля процесса.

• Забойное наклонно-направленное бурение с применением турбобура или двигателя забойного типа. Способ является непрерывным при формировании отклонения от вертикального положения ствола скважины. По технологии поворот ствола осуществляется за счёт воздействия отклоняющей долото силы в колонне, способствующая его отклонению в заданном направлении. То есть управление осуществляется за счёт контроля искривляющей силы бура, действующей в нужном азимуте. Создание такой силы осуществляется с использованием специальных переводников с нарезанной резьбой.
• Наклонно-направленное бурение с применением различных сочетаний буровых инструментов. В соответствии с методом, при изменении порядка бурения с применением разных инструментов создаётся скважина с необходимым направлением без использования отклонителей. Однако при этом данная технология имеет существенные ограничения по скорости бурения на максимальных оборотах, что считается значительным её недостатком [2].

Ответвления скважин от устья с направленным бурением можно выполнять в пирамидальной или конической форме, а основания имеют округлую или полигональную форму. При разработке многослойных месторождений возможно увеличение скважин в кусте пропорционально существующим. Количество действующих буровых установок выбирается с учетом максимальной производительности разработки продуктивного пласта [3].

Минимальное количество скважин при кустовом наклонно-направленном бурении в одном кусте равно двум, а максимальное ограничено технико-геологическими факторами. В качестве методов кустового бурения можно выделить следующие:

• Двухствольное последовательное.
• Двухствольное параллельное.
• Трёхствольное [4].

 

Рисунок 1. Методы наклонно-направленного бурения скважин

 

Наиболее оптимальным и выгодным является метод многозабойного наклонно-направленного бурения. Суть данного способа бурения заключается в том, что с основной скважины с определенной глубины проводится один или несколько стволов, т. е. основной ствол используется многократно [1].

Преимуществом данного способа бурения скважин служит то, что в процессе бурения используется один и тот же ствол, при этом значительно сокращается временной период бурения скважины и тем самым, увеличивается скорость добычи нефти. Существуют, следующие типа многозабойных скважин:

• Радиальные. Состоят из горизонтального основного ствола, который разветвляется на несколько вспомогательных, расположенных радиально.
• Разветвлённые. Согласно технологии, дополнительные стволы располагаются под определённым наклоном к основному.
• Разветвлённые по горизонтали. Отличаются от предыдущего вида только наличием дополнительных стволов, расположенных под углом в 90⁰ [1].

В качестве перспективной области развития технологий наклонно-направленного бурения можно выделить разработку разветвленных скважин, потому что использование подобных скважин в промышленных целей способствует решению таких важных задач скважинного бурения и освоения нефтяных месторождений, как:

• эффективная разработка нефтяных месторождений с низкими коллекторскими
• свойствами продуктивного пласта, горизонтальной направленности;
• 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 [2].

Процесс бурения дополнительного ствола методом многозабойного наклонно-направленного бурения, производится двумя способами – снизу вверх или сверху вниз.

Использование способа снизу вверх позволяет уплотнить разведочный  слой, при этом можно произвести уточнение оставшегося запас полезных ископаемых [1].

Способ сверху вниз применяется в процессе бурения скважин на воде, что делает его наиболее эффективным при обнаружении полезного образования ниже исследуемого уровня, поэтому основное назначение метода — исследование близко расположенных слоев.

Методы строительства многозабойной скважины могут существенно отличаться в зависимости от конкретного месторождения и его геологических характеристик, но в целом технология остается практически неизменной. Процедура выглядит следующим образом:

• К продуктивному пласту бурится традиционная скважина.
• Уже в самом пласте пробуриваются горизонтальные ответвления, с первоначальным строительством ствола, имеющего максимальный угол отклонения.
• Строительство остальных стволов – последовательное, от нижнего к верхнему [4].

Большое количество стволов допускается только в пластах с высокой устойчивостью породы. Если породы неустойчивы, то разрешается строить только одну ветвь, которая войдет в пласт горизонтально [2].

Таким образом, методы наклонно-направленного бурения способствуют наиболее эффективной разведке и разработке продуктивных пластов. При выборе того или иного метода опираются на технические возможности буровых установок, геологические особенности месторождений и типы породных слоев. Их главное преимущество заключается в быстром прохождении скальных пород путем изменения направления бурения.

 

Список литературы:

1. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 679 с.
2. Бастриков С.Н., Харламов К.Н., Харламов А.К., Шешукова Т.Н. Системный подход к проектированию схем разбуривания месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами // Нефтяное хозяйство. -2005.-№5.-С. 55-57.
3. Вадецкий Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967 г.
4. Хисамов P.C., Ибатуллин P.P., Хакимзянов И.Н., Фазлыев Р.Т. Опыт строительства и эксплуатации многозабойных скважин // Нефть и жизнь.- 2005.- №3. С.42-43.

Назначение и область применения наклонно направленных скважин. — Разведка и разработка

В процессе бурения скважины, подверженные естественному искривлению, могут не выйти на нефтегазоносные слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий.

В процессе бурения скважины, подверженные естественному искривлению, могут не выйти на нефтегазоносные слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий. Но накопленный фактически материал по естественному искривлению позволил установить ряд общих закономерностей, учитывая которые буровики научились проходить скважины в строго направленном направлении. Такие скважины получили название наклонно направленных. Искусственное отклонение — это направление ствола скважины в процессе бурения по определённому плану с доведением забоя до заданной точки.
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.

В России наклонное бурение применяют при бурении скважин на нефть и газ в Западной Сибири, на севере европейской части, на Северном Кавказе, в Татарстане, Башкортостане, Самарской области и других районах.
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.

Профили наклонно направленных скважин.

Основной нефтедобывающий регион России — Западная Сибирь, нефтяные и газовые месторождения на территории которой разбуриваются только кустовым способом, поэтому следует сначала остановиться на состоянии проектирования профиля наклонно направленных скважин на буровых предприятиях этого района.
Проектирование профиля наклонно направленных скважин и их реализация на практике в указанном регионе определяются рядом инструкций, регламентирующих проектирование, строительство и эксплуатацию кустовых наклонно направленных скважин.
При отклонении забоя скважины от вертикали до 300 м применяется тангенсальный трехинтервальный профиль, состоящий из вертикального участка, участка начального искривлении и тангенсального участка.
При отклонении забоя скважины свыше 300 м используют S-образный четырхинтервальный профиль, включающий вертикальный участок начального искривления, тангенсальный участок и участок уменьшения зенитного угла.

Для проектирования наклонно направленных скважин специального назначения применяется j-образный вид профиля, включающий вертикальный участок; участок начального искривления, тангенсальный участок и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла до проектной глубины.
Крупными регионами России, где осуществляется строительство кустовых наклонно направленных скважин, являются так же Тимано-Печоринский бассейн и Среднее Поволжье.
Если обратится к зарубежному опыту проводки наклонно направленных скважин, то можно отметить, что большинство скважин, проводка которых осуществляется ведущими буровыми фирмами в США и Англии, проектируются по S-образному четырехинтервальному профилю. Всё большее применение находит тангенсальный профиль, чаще всего используемый в целях достижения значительных отклонений от вертикали. При этом зенитный угол в конце участка начального искривления отклонителем обычно не превышает 10˚.

Данные профили проектируются в одной плоскости, т.е. являются плоскими. При проводке скважин в сложных горно-геологических условиях, когда геологические факторы оказывают значительное воздействие на траекторию скважины, используются профили пространственного типа, предусматривающие участки с естественно изменяющимся зенитным углом и азимутом. Проектирование такого профиля предполагает расчет координат устья скважины относительно координат проектной точки забоя с использованием выявленных закономерностей азимутального искривления скважины либо забуривание участка начального искривления отклонителем в азимуте, учитывающем закономерности естественного искривления скважины при дальнейшем бурении.
При бурении скважин на Ромашкинском месторождении нефти и прилегающих к нему площадях наибольшее распространение получил профиль S-образного типа, состоящий из вертикального участка, участка начального искривления и участка естественного уменьшения зенитного угла. При этом необходимый зенитный угол, определяемый с учетом фактической интенсивности его уменьшения на соответствующем интервале, зависит от глубины скважины по вертикали, длины вертикального участка и проектного отклонения конечного забоя скважины от вертикали.
Таким образом, все профили, используемые для проектирования наклонно направленных скважин, можно разделить на плоские и пространственные. В свою очередь плоские профили по форме выполнения завершающего интервала профиля разделяются на три типа:
S-образный, тангенсальный и J-образный.

Выбор и проектирование профиля наклонно направленной скважины.

Профиль добывающей наклонно направленной скважины состоит из направляющей части, включающей все участки профиля от устья скважины до точки с заданными координатами,
которая расположена в кровле или непосредственно в нефтесодержащем пласте, и завершающего участка, в пересекающего этот пласт в поперечном направлении. Так как для наклонно направленных скважин форма завершающего участка не регламентируется, то проектируется и рассчитывается только геометрия направляющей части профиля.

Основные моменты, которые должен обеспечить профиль наклонно направленной скважины:
— высокое качество скважины как объект последующей эксплуатации;
— бурение и крепление скважины с применением существующей технологии и технических средств;
— минимальные затраты при строительстве скважины;
— безаварийное бурение и крепление;
— минимальные нагрузки на буровое оборудование при спускоподъемных операциях.
Другими словами, выбор того или иного типа профиля скважины обуславливает в значительной степени выбор способа бурения, типа долота, гидравлической программы бурения, параметров режима бурения.

На выбор типа профиля оказывает влияние оснащенность буровых предприятий специальными устройствами для наклонно направленного бурения и технологической оснасткой нижней части бурильной колонны, а также средствами контроля за параметрами ствола скважины и проводкой интервалов ориентированного бурения.

Профиль ствола наклонно направленной скважины выбирается и проектируется с учетом назначения скважины; геологических и технологических особенностей её проводки, установленных ограничений на угол наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования и на проектной глубине.
Необходимость наличия вертикального участка скважины обусловлена конструкцией бурового подъемного оборудования, а также всего комплекса технологического оборудования для эксплуатации и ремонта скважины. Поэтому профиль всех наклонно направленных добывающих скважин на нефть и газ включает в вертикальный участок.

Длинна вертикального участка определяется прежде всего глубиной спуска обсадных колонн большего диаметра (более 245 мм), направления или кондуктора. В целях беспрепятственного спуска обсадных колонн большего диаметра забуривание наклонного участка планируют, как правило, в нижних интервалах. Кроме того, участок начального искривления располагают в интервалах залегания устойчивых горных пород, при бурении в которых за один рейс можно набрать проектное значение зенитного угла.

При проектировании скважин, у которых наклонный ствол расположен в интервале горных пород, склонных к образованию желобных выработок, следует минимизировать зенитный угол в интервале залегания таких горных пород.
В большинстве нефтегазодобывающих регионов страны при проектировании наклонно направленных скважин величина зенитного угла на проектной глубине жестко не регламентируется и продуктивные пласты вскрываются обычно под углом до 20˚. Если необходимо вертикальное вскрытие продуктивного пласта, то применяют S-образный тип профиля с конечным участком уменьшения зенитного угла до 0˚.

Технология проводки вертикального участка скважины.

Многолетний опыт разработки нефтяных месторождений позволил выработать типовую технологию проводки наклонных скважин современными буровыми установками. Практика показывает, что для бурения верхнего участка скважины целесообразно иметь на буровом станке средства создания осевой нагрузки на долото. Однако, ввиду сложности имеющихся систем нагружения долота, бурение обычно осуществляют под действием веса бурильной колоны. Кроме того, отсутствие систем подачи бурильного инструмента не позволяет верхний участок скважины бурить с определенным, наперед заданным зенитным углом.

Длина вертикального участка скважины зависит от многих факторов, основной из них — глубина скважины. Обычно с увеличением глубины бурения длина вертикального участка также возрастает. На практике часто длину верхнего вертикального участка наклонной скважины выбирают соответственно глубине спуска кондуктора. Скважина при этом искривляется «из-под кондуктора».
В последние годы используется метод предварительного отклонения скважины при бурении под кондуктор. В этом случае упрощается процесс отклонения скважины, и время на набор зенитного угла сокращается.

Искривление скважины турбинными отклонителями.

Наибольшее применение при искусственном отклонении скважин от вертикали получили забойные гидравлические двигатели, в которых в качестве привода используются турбинные секции. В качестве специального инструмента для регулирования направления бурения отечественной промышленностью серийно выпускаются турбинные отклонители и шпинделе-отклонители.
В ряде случаев для отклонения скважины используют серийные турбобуры или забойные винтовые двигатели, спускаемые в скважину на кривом переводнике. Отклоняющая способность такого инструмента определяется жесткостью бурильных труб, расположенных выше кривого переводника, и боковой фрезерующей способностью шарошечного долота. Отклоняющая сила также зависит от геометрических размеров забойного двигателя. При использовании шпинделей- отклонителей, в которых перекос осей достигается в узле сочления турбинной секции со шпинделем, отклоняющая способность определяется теми же факторами. Опыт показывает, что отклоняющая сила в этом случае ввиду большей жесткости турбинной секции будет несколько выше.

Выбор конструкции скважин.

Конструкцию скважин выбирают исходя из требований успешного доведения скважин до проектных глубин; качественного вскрытия продуктивных горизонтов, обеспечивающего сохранность естественной проницаемости пласта или улучшающего ее; эксплуатация скважин известными методами в период разработки месторождений.
На конструкцию скважин оказывают влияние цель и способ бурения; число продуктивных горизонтов, подлежащих опробованию; способ вскрытия пласта и геологические условия бурения; глубина залегания продуктивных пластов, их продуктивность и коллекторские свойства; пластовые и поровые давления и давления гидроразрыва пород; физико-механические свойства разбуриваемых пород с точки зрения возникновения обвалов, осыпей, сужения, кавернообразования, передачи на обсадные колонны горного давления и т.д.
При проектировании конструкции скважин число и глубину обсадных колонн выбирают в соответствии с требованиями недопущения несовместимых условий бурения отдельных интервалов ствола, когда параметры технологического процесса бурения нижележащих интервалов вызывают осложнения в верхней необсаженой части скважины.

Бурение наклонно-направленное: преимущества и недостатки

В последние годы строительство выходит из затяжного кризиса, количество возводимых домов, производственных комплексов, дорог, прочих сооружений инфраструктуры увеличивается. Соответственно, становятся все более востребованными высокотехнологичные инженерные методики, позволяющие снизить затраты времени и труда.

Общие сведения

К таковым относится бурение наклонно-направленное. Известно, что скважины бывают как вертикальные (стандартные), так и наклонные. Причем требуемое для этого отклонение от вертикали/горизонтали невелико: всего 2 градуса при стандартном бурении, более 6 градусов при глубоком бурении (артезианские скважины, добыча нефти или газа).

Естественно, что наличие данного отклонения может быть обусловлено не только искусственными, но и вполне естественными причинами. Они делятся на несколько групп (геологических, технических, технологических). Если знать обо всех этих факторах досконально, можно с высокой точностью управлять положением скважины в пространстве.

Соответственно, под искусственным отклонением понимается любое «искривление» канала скважины, которое было задумано изначально. Важно понимать, что бурение наклонно направленное подразумевает строгий контроль направления движения бура на всем протяжении выполнения работы.

Особенности бурения нефтегазовых скважин

Особенно много сложностей доставляет подобная работа в аспекте нефтегазовой промышленности. Там наклонное бурение приходится осуществлять, пользуясь специальными направляющими профилями. Важно также помнить, что верхний шурф всегда (!) делается строго вертикальным, а отклонение начинается на нижних горизонтах, в запланированном азимуте.

Особенно часто наклонное бурение используется не при разработке месторождений, а только при их разведывании. Значительно дешевле проверить наличие «маркеров», сделав достаточно продолжительный наклонный шурф, чем сразу пытаться пробурить породу на достаточную глубину вертикально.

Как вообще осуществляется наклонно-направленное бурение? Технология сравнительно проста: сперва пробивается основной шурф, затем, при помощи искривляющих устройств, к нужному месту подводят наклонно или горизонтально направленный бур, которым уже и проделывают дополнительную шахту. Чтобы точно выдерживать заданное проектом направление, необходимо использовать «маркеры», они же маяки. Во многих случаях применяют специальные камеры, которые позволяют визуализировать процесс бурения.

Важные примечания

Нужно отметить, что в некоторых случаях делать подобные скважины вынуждают особенности геологических пород. Так, иногда бывает дешевле провести шурф над местом залегания какой-то твердой магматической породы, чем пробивать ее.

Также отметим, что бурение наклонно-направленное подразумевает собой и пробитие строго горизонтальных шурфов. Все скважины, получаемые этим методом, делятся на одно- и многозабойные. В последнем случае от основного ствола отходят несколько отводков. Подобный метод бурения в нефтегазовой промышленности широко используется в следующих случаях:

• При вскрытии нефте- или газоносных пластов, которые залегают между параллельными сбросами.
• Если оказалось, что разрабатываемый пласт резко меняет свое направление.
• В случае когда нефтеносные или газоносные горизонты лежат под соляными куполами (из-за сложностей бурения через последние).
• Когда необходимо обойти зоны обвалов в шахтах.
• Наклонное (горизонтальное, в особенности) бурение незаменимо, если продуктивный пласт залегает под каким-то водоемом или на морском дне, под жилыми кварталами или отдельно стоящими зданиями.
• На буровых эстакадах и платформах, располагающихся непосредственно в море, в 90% случаев используется именно этот метод проводки шурфов.
• Кроме того, наклонно-направленное бурение незаменимо, если требуется провести многозабойную скважину в местности с сильно пересеченным рельефом (овраги, холмы и т. д.).

Аналогичный способ незаменим, если по каким-то причинам (обвал, сдвиг тектонической породы) ствол шахты сместился в сторону, а потому возникла нужда обойти проблемное место. Также это делается, если необходимо взять керновую пробу из основного ствола, так как иными способами сделать это невозможно.

Также наклонно направленное бурение применяется, когда нужно быстро потушить загоревшуюся по каким-то причинам скважину, а также в тех случаях, когда нижнюю часть шурфа требуется расширить по эксплуатационным соображениям. Аналогичным способом увеличивают дренажную поверхность в старых скважинах, когда требуется поднять объемы добычи.

Такое практикуется, когда изначально известно, что месторождение не относится к категории богатых, но требуется быстро его «выдоить». Тогда применяется «кустовое» бурение, с многократным и множественным отводом от основного шурфа побочных. Если в этом случае воспользоваться стандартными методами, то отдача от месторождения будет невысокой, и скважина быстро истощится.

Методом наклонно-направленного бурения пробиваются первичные шурфы через угольные пасты, так как в этой ситуации их предварительно требуется освобождать от возможных газовых карманов. Если этого не сделать, высока вероятность воспламенения и даже взрыва уже во время эксплуатации скважины.

Для пробития шурфа во всех случаях используются забойные двигатели (турбобуры, изредка – электробуры, винтовые двигатели). Метод бурения – роторный.

Основные методы

Основным методом (как у нас, так и за рубежом) является динамическое использование особенностей рельефа местности. И это понятно, так как идеально ровные равнины и степи бывают далеко не везде.

Как правило, за образец берутся типовые трассы (профили), которые строятся заранее, причем для этого используются методы математического моделирования. Важно заметить, что «типовой» метод можно применять только (!) на уже разрабатываемых месторождениях, все особенности которых уже давно известны. Особенность этого способа – кривизной местности не пытаются управлять, а подстраиваются под нее. Увы, но при этом проявляется существенный недостаток, выражающийся в заметном удорожании бурения.

В проектном профиле в обязательном порядке отмечаются места с максимальной степенью искривления, так как без этих данных составлять готовый проект нецелесообразно. За проектирование в этом случае отвечает подготовленный инженер по наклонно-направленному бурению.

Изменение компоновки бурильной установки для корректировки изгиба скважины

Наиболее распространенный способ, когда речь заходит об управлении изгибом шурфа непосредственно во время его пробивания. Метод хорош тем, что не приходится использовать особое оборудование. Его недостаток заключается в сильном ограничении режимов ускоренного бурения.

Использование искусственных отклонителей

Для работ такого типа используются искривленные переводники, ниппели эксцентричного типа, клинья, прочие отклоняющие устройства. Все приспособления подбираются индивидуально, в зависимости от конкретной ситуации и типа рельефа местности.

Кустовая разновидность

Важным методом наклонно-направленного бурения является кустовое пробитие шурфов. При этом начало всех шурфов находится в одной точке, а конечные участки – там, куда уходят пласты обнаруженных месторождений.

Способ хорош тем, что позволяет заметно снизить объем монтажных работ на участке, значительно сократить количество требуемых линий коммуникаций, в том числе дорог к участкам, где выполняются работы, уменьшается потребность в линиях водопровода и электроснабжения. Такой тип бурения впервые был опробован в СССР, точнее, в Азербайджане, при проведении монтажных работ на острове Артем.

К основным недостаткам относится важность недопущения пересечения устьев шахт. Кроме того, приходится вынужденно консервировать уже работающие ко времени вторичного бурения шурфы, так как этого требуют правила противопожарной безопасности. Наконец, огромным недостатком кустовых шурфов является сложность их последующего обслуживания и ремонта, а в морских условиях бывает крайне непросто устранить прорывы.

В каких условиях используется кустовое бурение?

Так в каких случаях используется кустовое наклонно направленное горизонтальное бурение? Причины его применения подразделяются на следующие группы:

• Техногенные – бурение под зданиями, в том числе жилыми, прочими техническими сооружениями.
• Технологические – когда есть вероятность, что при разработке стандартной скважины будет нарушена эксплуатация уже имеющихся шурфов. Кустовой метод в этом плане не такой «травмирующий».
• Геологические – когда полезные ископаемые залегают неравномерными пластами, на разных горизонтах. В этом случае установки наклонно направленного бурения являются единственным вариантом, когда нужно в кратчайшие сроки наладить добычу, не затрачивая на это феноменальные объемы средств.
• Орографические – наиболее частая группа причин, включающих необходимость вскрытия месторождения, находящегося под поверхностью моря, озера, в случае сильно пересеченной местности, а также при прокладывании шурфов от основания морских платформ, а также эстакад.
• Климатические. В последние годы во многих районах Крайнего Севера наблюдается устойчивая тенденция к таянию многолетней мерзлоты, из-за чего специалисты просто вынуждены прибегать именно к кустовому способу бурения. Иные методы чреваты обрушением просвета скважины.

Заметим, что максимальный эффект от эксплуатации кустовых скважин наблюдается в условиях болотистых, часто затапливаемых местностей. Важно отметить, что при наклонном бурении под поверхностью водоемов крайне важно наличие опытного персонала, способного должным образом пользоваться навигационным оборудованием, без которого пробитие шурфа в столь специфичных условиях становится невозможным.

Таким образом, вакансии по наклонно-направленному бурению обязательно должны предусматривать поиск технически подкованных, образованных кадров.

Важные особенности метода

Объемно кусты похожи на пирамиды или конусы, величина которых, как можно понять, зависит от размеров и «размытости» разрабатываемого месторождения. Соответственно, количество пробиваемых шурфов определяется техническими возможностями. Очень важно понимать, что к определению размеров куста следует относиться максимально ответственно, так как от этого показателя зависит площадь отчуждаемой территории.

Особенно большое значение это имеет при разработке шурфов в черте населенного пункта. Большую роль в эксплуатации готовой скважины играет расположение устьев скважин. Не удивительно, что именно наклонно направленное бурение газопроводов в последние 15-20 лет стало основным методом, широко используемым на практике.

Положительные эффекты кустового бурения

В общем и целом данный метод значительно сокращает затраты на организацию добычи полезных ископаемых или сооружение промышленных сооружений, способствует объему автоматизации всех производственных операций и процессов. Что еще важнее, такой подход способствует охране окружающей среды, сводя к минимуму воздействие на природу.

Дело в том, что при осуществлении кустового бурения становится вполне реально полностью собирать отходы бурения, не допуская их попадания в грунтовые воды, а также уменьшает вероятность снижения уровня последних. Это часто наблюдается при стандартном бурении, так как при этом наблюдается разрушение водоносных горизонтов.

Один куст содержит минимум две скважины. Как правило, нефтяники в нашей стране практикуют группирование шурфов по 18-24 штуки, но в некоторых случаях их количество переваливает за 30. Впрочем, это далеко не рекорд, так как в зарубежной практике бывают случаи, когда от одной шахты могло отходить по 60 «отростков». В частности, печально известная компания ВР пробурила на маленьком насыпном острове 60×60 м… сразу 68 шурфов. Это позволило резко увеличить объем нефти, получаемой с одного месторождения.

Так что бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин в условиях современной экономики чрезвычайно востребовано именно по причине сохранения материальных и денежных ресурсов.

Многозабойный тип бурения

В настоящее время, в связи с истощением многих старых месторождений, единственным надежным способом получения полезных ископаемых является использование прогрессивных методов добычи, к числу которых относится многозабойное бурение. При этом из основного шурфа на определенной глубине выводят сразу несколько новых «отростков». Из-за этого значительно возрастает площадь скважины в продуктивном горизонте, увеличиваются объемы добычи полезных ископаемых. Кроме того, одновременно можно сократить объемы бурения в верхних, непродуктивных горизонтах.

На территории нашей страны первая скважина такого типа была пробурена в 1953 году, в Башкирии. Но шурф, проходивший непосредственно в толще пласта, смогли сделать только в конце 50-х годов. Произошло это в Самарской области. Сразу же было выявлено, что суточная отдача таких скважин примерно на 40% выше, чем у кернов, сделанных стандартным, вертикальным методом.

Именно тогда в нашей стране начало развиваться наклонно-направленное бурение. Обучение по этой специальности внедрялось во всех технических институтах страны.

Если использован многозабойный метод, общая протяженность шурфа в пласте значительно увеличивается, возрастает зона дренирования и фильтрации. Это способствует не только увеличению отдачи от скважины, но и повышает качество получаемого в ходе ее эксплуатации продукта. Такого рода шурфы подразделяются на следующие разновидности:

• Наклонные, разветвленного типа.
• Горизонтально разветвленные.
• Шурфы радиально направленные.

В последнем случае наклонно-направленное бурение (горизонтально направленное бурение) применяют при сложном рельефе местности и неравномерной концентрации горизонтов выработки. Этот метод позволяет (при минимизации затрат) максимально увеличить объемы добычи полезных ископаемых.

Характеристики многозабойных шурфов

Как нетрудно догадаться, наклонно-разветвленные шурфы состоят из основного ствола шахты и отходящих от них дочерних отростков, располагающихся в разных плоскостях. Собственно горизонтально-направленный тип является разновидностью только что описанного вида. Единственное отличие – от основного ствола «отростки» отходят в строго горизонтальной плоскости, под углом в 90 градусов.

Соответственно, у радиальных шурфов основной ствол также идет строго вертикально, а дополнительные – по окружности, то есть в радиальном направлении. В последние годы разветвленные скважины считаются очень перспективным направлением бурения, так как их использование в промышленных масштабах позволяет решать много вопросов, возникающих в аспекте освоения подземных недр:

• Максимально эффективная выработка нефтяных месторождений с неравномерным расположением горизонтов. В этом случае вертикально направленное бурение экономически нецелесообразно, так как конечный объем затрат получается излишне большим.
• Бурение наклонно направленное позволяет значительно сократить количество используемых скважин. Это обуславливает уменьшение расходов на проведение работ, а также позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду.
• При добыче очень вязких сортов нефти, которые откачивают на предельно больших глубинах.
• Этот же способ применяется, когда необходимо построить геотермальную станцию, использующую энергию подземных горячих вод.

Таким образом, бурение наклонно-направленных скважин ­– методика, широко распространенная в современной нефтегазовой промышленности и строительной отрасли.

Бурение наклонно направленных скважин

Бурение скважин представляет собой очень сложный и трудоемкий процесс, требующий специальной техники, а также определенных знаний и умений. Несмотря на свой опыт и профессионализм, люди, осуществляющие бурение, периодически сталкиваются со множеством трудностей. Например, при бурении скважины подвергаются естественному искривлению, в связи с чем могут не выйти на необходимые слои, содержащие залежи нефти или газа. Это является проблемой, поскольку в данном случае скважина не выполняет своих прямых назначений – она не становится инструментом для добычи полезных ископаемых. Однако, на протяжении многих лет, люди изучали данную проблему, в результате чего накопили определенный опыт, который позволяет сегодня проходить скважины в строго направленном направлении. Таким образом, создается искусственное отклонение скважины, т.е. ствол скважины во время бурения направляется согласно определенному плану, в результате чего он доводится до заданной точки.

В настоящее время существует несколько видов искусственно искривленных скважин, среди которых:

• наклонно-направленные скважины;
• горизонтальные скважины;
• многозабойные скважины;
• многоствольные скважины (куст скважин).

Наклонно-направленными скважинами называются такие скважины, которые имеют специальное направление в любую точку, находящуюся на определенном расстоянии от вертикальной проекции ее устья. К таким видам скважины относятся в том случае, если их отклонение по вертикали составляет:

• более 20 при вращательном бурении;
• более 60 во время глубокого бурения.

Бурением наклонно-направленных скважин называется такой метод строительства скважин, во время которого скважины характеризуются сложным пространственным профилем, который включает в себя вертикальный верхний интервал, с дальнейшими участками, имеющими заданные отклонения от вертикали. Такой вид скважин зачастую формируется во время как разведки, так и добычи нефти и газа, особенно, при многоствольном бурении.

Строительство наклонно-направленных скважин впервые начали практиковать, начиная с середины ХХ века. Авторство данной технологии принадлежит американским нефтяникам Джону Истману, Роману Хайнсу, а также Джорджу Фейлингу. Именно они впервые использовали этот метод с целью добычи нефти из Техасского месторождения Конро в 1934 году. Спустя семь лет данная технология была применена в СССР для добычи полезных ископаемых на суше, а еще через некоторое время е также применили во время разработки месторождения в Каспийском море.

Развитие технологии контролируемого бурения происходило постепенно. Чтобы осуществить отклонение компоновки нижней части бурильной колонны от вертикали во время строительства наклонно-направленных скважин использовались клиновые отклонители. После этого бурение происходило роторными компоновками, как и обычно. Но такая технология формирования необходимых скважин зачастую не давала необходимых результатов, так как отклонения от целевых азимутов были значительно больше.

Начиная со второй половины ХХ века при строительстве данного вида скважин стали активно использовать компоновки, имеющие кривой переходник и забойный двигатель. Изначально угол кривых переходников был фиксированным и составлял от 0,5 до 1 градуса. Спустя некоторое время появились переходники, в которых стало возможно изменять уровень изгиба от 0 до 4 градусов. При этом не было необходимости поднимать компоновку на поверхность для изменения изгиба. Такие компоновки использовались совместно с забойным двигателем, формируя управляемы двигатель, способный работать в двух режимах – вращательном и скользящем. При работе в первом режиме роторный стол или верхний привод создает усилие, которое вращает бур. Во время второго режима бурильная колонна остается неподвижной, а забойный двигатель приводит в движение долото. При этом поворот колонны задает азимутальный угол отклонения, а изгиб управляемого переходника задает зенитный угол.

Конец ХХ века ознаменовался началом развития роторных управляемых систем – РУС. Благодаря появлению таких систем становится возможным управление наклоном скважины непосредственно при роторном бурении, при этом не прибегая к периодам скольжения. Сначала такие системы применялись исключительно с целью бурения скважин, имеющих большие отклонения от вертикали. Однако, спустя некоторое время РУС стали использоваться для строительства скважин любых профилей.

Наклонно-направленные скважины формируются для:

• разведки, а также эксплуатации нефтегазовых месторождений, которые находятся под масштабными объектами промышленности, а также в гористой или заболоченной местности, в водоемах;
• увеличения поверхности фильтрации продуктивного слоя в отдельных скважина или во время многозабойного вскрытия пласта;
• экономии плодородных земель и лесных массивов;
• глушения фонтанов и тушения пожаров, возникших в других скважинах;
• погружения второго ствола на определенной глубине для того, чтобы обойти инструмент, который был оставлен в скважине;
• вскрытия пластов, если есть сброс, а также в стратиграфических ловушках и во время обходя соляных куполов.

Наклонно-направленное бурение скважин имеет как свои преимущества, так и определенные недостатки. К преимуществам можно отнести следующие моменты:

• большая часть скважины проходит по продуктивному пласту в том случае, если наклон конечного участка четко совпадает с наклоном пласта;
• есть возможность сформировать скважину в залежах, к которым трудно или невозможно подобраться вертикально. К таким залежам относятся те, которые находятся под городами, озерами и т.д.;
• возможность осуществлять кустовое бурение, когда группирование устья скважин осуществляется на относительно маленькой площадке и они могут буриться одной буровой установкой с незначительным изменением ее местоположения. Отличным примером такого бурения является морская буровая платформа, на которой может находится около 40 скважин;
• благодаря использованию наклонного бурения становится возможным формировать глушащие скважины во время ликвидации аварий (например, с целью остановки фонтанирующей скважины). Начало формирования такой скважины осуществляется на расстоянии, считающимся безопасным, после чего постепенно она направляется в аварийную скважину с целью закачивания глушильного раствора.

Недостатками наклонно-направленного бурения являются:

• если углы большие и присутствуют горизонтальные участки, то во время бурения необходимо применять более сложные конструкции;
• при больших углах профилактика подачи песка в скважину существенно усложняется.

Таким образом, бурение подобных скважин является популярным явлением во время добычи нефти и газа на территории Западной Сибири, севере европейской части, в Северном Кавказе, Татарстане, Башкортостане, Самарской области, а также многих других регионах.

На территории России наклонно-направленные скважины формируются, в большей степени, с применением роторного способа, а забойные двигатели, как правило, применяются исключительно на участках, где набирается кривизна в западном направлении. По мнению как отечественных, так и зарубежных специалистов, винтовые забойные двигатели имеют существенное преимущество во время набора кривизны в западном направлении. 

Горизонтально-направленное бурение (ГНБ) — методы и технологии

Горизонтально-направленное бурение, ГНБ применяется при необходимости увеличения нефтедобычи продуктивных пластов при первоначальном исследовании или в случае восстановления скорости добычи. Основная задача метода горизонтального бурения пройти сложный участок пласта в продольном направлении. При этом длина участка может составлять от 1 км. ГНБ является одним из приоритетных направлений при строительстве подземных забоев скважин, так как позволяет обеспечить полное соответствие проекту и при необходимости своевременно осуществлять корректировки.

Технология ГНБ в нефтепромышленности

Согласно технологии, бурение горизонтально-направленных скважин требует выполнения геологической разведки состава грунта и определения залегания продуктивного пласта. После этого необходимо выполнение подбора инструментов для бурения и сборки модулей буровой установки. Производят горизонтально-направленное бурение пилотной скважины с меньшим диаметром ствола по заданной траектории. При помощи специальных локационных устройств определяют положение головки в пластах и прокладывают путь в соответствии с проектом.

Комплекс для ГНБ развертывается на подготовленной площадке в точке входа в скважину. Выполняется регулировка направляющей стрелы для совмещения оси буровой с подготовленным отверстием, а затем осуществляется якорение установки при помощи опорной плиты на шнеки. Стабилизаторы установки позволяют с высокой точностью выставить угол разработки грунта и провести горизонтально-направленное бурение.

В данном методе при помощи специального оборудования определяется глубина, на которой необходимо сделать горизонтальный участок ствола. Зная глубину оператор установки может в нужный момент начать бурение ответвления от вертикального ствола и выйти на горизонтальное направление. В начальной точке поворота угол наклона может составлять примерно 20⁰ к вертикали, что делает возможным выполнение точных расчётов точки входа ствола в нефтяной горизонт. Во время горизонтально-направленного бурения проверяется положение буровой головки через 3 м прохода траектории и анализируются данные для проведения корректировки.

На втором этапе бурение горизонтально-направленных скважин проводят по заданной траектории с расширением скважины до нужного диаметра. Однако при этом диаметр расширителя должен превышать расчётный на 20-30%, которые пойдут на установку обсадной трубы. Расширение может быть проведено при помощи метода ГНБ специальной породоразрушающей головки обратного действия или риммера.

В момент бурения, согласно технологии, непосредственно в скважину подаётся бентонитный раствор (тонко измельчённая глина с конкретными физическими свойствами), позволяющий существенно снизить трение головки, укрепить стенки скважины и достать измельчённый грунт на поверхность земли. Если возникает ситуация с остатком излишков раствора, то его необходимо откачать.

Основные методы ГНБ

Горизонтально-направленное бурение выполняется следующими способами:

1. Управляемый метод ГНБ. Позволяет находить во время бурения наиболее оптимальные пути для создания ствола скважины и обходить сложные участки с плотными породами. В результате скорость проведения горизонтально-направленных работ существенно возрастает. Отклонение по данным датчиков от реального положения буровой головки составляет менее 0,1%.

2. Неуправляемый способ ГНБ. Позволяет выполнять бурение в строго заданном направлении без обхода плотных пород грунта, что может существенно замедлить процесс создания горизонтального участка скважины. Поэтому до момента проведения горизонтально-направленных работ необходимо выполнение тщательного анализа всех данных о составе грунта.

Бурение горизонтально-направленных скважин может осуществляться следующими методами:

1. По шнековой технологии. Бурение осуществляется с применением шнеков, которые позволяют эффективно удалять грунт из скважины. Метод применяется в небольших уровнях заглубления или наличии неплотных пород грунта.

2. Ударная технология. Заключается в рытье стартового котлована, который будет служить в качестве основы под выполнение бурения с установкой в него штанги с буровой головкой.

3. Технология пилотного бурения горизонтально-направленных скважин. В её основе лежит способ запрессовывания буровой головки в заданном направлении и подачи через неё бетонита, что позволяет существенно ускорить процесс бурения.

Применение горизонтально-направленного бурения

Бурение горизонтально направленных скважин в следующих случаях:

1. При необходимости обхода сложных участков исследуемого горизонта.

2. Для вскрытия продуктивного пласта, который находится на дне морей или океанов и применить технологию отличную от горизонтально-направленного бурения невозможно.

3. Для отвода от основного ствола скважины в сторону горизонтально-направленного нефтеносного горизонта.

4. При выполнении горизонтально-направленного забуривания дополнительного ствола с целью обнаружения новых продуктивных пластов.

5. Бурение горизонтально-направленных скважин с целью обхода скальных пород, которые могут существенно усложнить процесс освоения горизонта.

6. При кустовом бурении с целью увеличения производительности и снижения затрат на буровые работы.

7. Выполнение ГНБ для ликвидации завалов или аварий.

8. С целью увеличения поверхности дренажа разрабатываемого пласта.

Заключение

Горизонтально-направленная технология бурения позволяет осваивать сложные участки залегания продуктивных пластов, выполнять дополнительные ответвления основной скважины, проводить более эффективную добычу нефти за счёт увеличения площади дренажа. Существует несколько методов проведения таких работ, которые выбираются в зависимости от технических условий.

Видео: Горизонтально-направленное бурение

Читайте также: