Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали

..pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
9.41 Mб
Скачать

С.А. ОГАНОВ, Г.С. ОГАНОВ

ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ

СКВАЖИН

СБОЛЬШИМ ОТКЛОНЕНИЕМ ЗАБОЯ ОТ ВЕРТИКАЛИ

Москва ОАО «ВНИИОЭНГ»

2008

УДК 622,276 ББК33.361

0 74

Оганов С.Л., Оганов Г,С. Технология бурения наклонно направлен­ ных скважин с большим отклонением забоя от вертикали. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2008. - с. 220.

В книге даны решения по актуальным проблемам технологии бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением (НСБО) забоя от вертикали, с горизонтальным окончанием ствола в продуктивном горизон­ те. Приведены расчеты по проектированию конструкции (включая крепле­ ния водоотделяющей колонны - направления и кондуктора в морском бу­ рении) и профиля скважины, во взаимосвязи их параметров, в зависимости от назначения, горно-геологических и технико-технологических условий бурения, размещения забоев на структуре месторождения. Приводятся ре­ зультаты исследования по расчету неориентируемых компоновок низа бу­ рильной колонны для эффективного управления процессом искривления ствола наклонной скважины на соответствующих интервалах профиля, по предупреждению аварий и осложнений в скважине.

Изложены результаты исследований по разработке гидравлической про­ граммы бурения и цементирования скважины при первичном вскрытии про­ дуктивного пласта. Даны решения по оценке величин возникающих в сква­ жине сил сопротивления и уменьшению их отрицательного влияния при вы­ полнении спуско-подъемных операций бурильной колонны и спуске обсад­ ных колонн.

Книга предназначена для специалистов, занятых проектированием и строительством скважин на морских и сухопутных нефтегазовых месторо­ ждениях слушателей курсов повышения квалификации, а также для сту­ дентов и аспирантов нефтяных ВУЗов и учащихся нефтяных техникумов, колледжей.

ISBN 978-5-88595-150-0

Табл 32, ил. 14, библиогр. - назв

Q 2503010400 -504 без объявления. 2008

© Оганов С.А., Оганов Г.С., 2008 © ОАО «ВНИИОЭНГ», 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...............................................................................................................................

5

ГЛАВА 1. Краткий обзор технической литературы, посвященной опыту проек­ тирования и бурения наклонно направленных скважин с большими от­

клонениями забоя от вертикали в Российской Федерации и за рубежом

...7

1.1. Отечественный опыт бурения НСБО..................................................................

7

1.2. Зарубежный опыт бурения НСБО.....................................................................

15

ГЛАВА 2. Выбор вида скважины, типа профиля и метода размещения забоев сква­

жин на структуре нефтегазового месторождения......................................

20

2.1. Использование горизонтальных скважин при проектировании системы раз­

работки месторождения......................................................................................

22

2.2. Использование пологих скважин при проектировании системы разработ­

ки месторождения................................................................................................

27

2.3. Оценка экономической эффективности применения вариантов размеще­

ния скважин на структуре месторождения......................................................

30

2.4. Выводы..................................................................................................................

32

ГЛАВА 3. Проектирование конструкции наклонной скважины с большим откло­

нением забоя от вертикали...........................................................................

34

3.1. Крепление водоотделяющей колонны (направления)....................................

37

3.2. Крепление кондуктора.........................................................................................

39

3.3. Расчет глубины спуска промежуточной обсадной колонны 0339,7 мм.....

43

3.4. Определение высоты подъема цемента за обсадной колонной....................

49

3.5. Установка «надставок» в конструкции скважины..........................................

50

3.6. Оценка проходимости обсадных колонн в наклонной скважине.................

53

3.7. Выводы..................................................................................................................

56

ГЛАВА 4. Проектирование профиля наклонной скважины с большим отклонени­

ем ствола от вертикали

.................................................................................

57

4.1. Вывод расчетных формул для определения параметров профиля ГС .........

61

4.2. Проектирование профиля НСБО ............................................сложного вида

69

4.3. Проектирование пространственного профиля наклонно направленной

 

скважины ..Г............................................................................................................

 

77

4.4. Проектирование параметров профиля горизонтальной скважины в преде­

лах продуктивного пласта.... .............................................................................

!

84

4.5. Выводы..................................................................................................................

 

94

ГЛАВА 5. Гидравлическая программа .....................................промывки скважины

95

5.1. Буровые растворы...............................................................................................

'

95

5.2. Проектирование величины плотности бурового раствора при бурении

 

скважины...............................................................................................................

 

98

3

5.3. Оценка величины параметра «скин-эффект».................................................

102

5.4. Пример оценки величины репрессии на пласт при его первичном вскры­

тии в НСБО.............................................................................................................

105

5.5. Расчет гидродинамического давления в скважине при спуске бурильной

(обсадной) колонны..............................................................................................

110

5.6. Двухканальная циркуляция раствора в скважине...........................................

119

5.7. Влияние зенитного угла ствола скважины на величину плотности буро­

 

вого раствора.........................................................................................................

123

ГЛАВА 6. Управление процессом искривления ствола наклонно направленной

скважины........................................................................................................

128

6.1. Проектирование КНБК на вертикальном участке профиля наклонной

скважины................................................................................................................

128

6.2. Исследование ступенчатой неориентируемой КНБК в наклонно направлен­

ной скважине. Прихватобезопасная КНБК......................................................

138

6.3. Исследование неориентируемой ступенчатой КНБК для регулирования зе­

нитного угла ствола наклонной скважины.......................................................

146

6.4. Выводы...................................................................................................................

167

ГЛАВА 7. Исследование сил сопротивления................................................................

168

7.1. Оценка величины нагрузки на крюке при подъеме (спуске) бурильного ин­

струмента (обсадной колонны) в наклонно направленной скважине.........

168

7.2. Применение расчетных формул..........................................................................

172

7.3. Расчет нагрузки на крюке при спуске (подъеме) обсадной колонны.........

182

7.4. Применение метода спуска обсадной колонны в режиме флотации..........

186

7.5. Выводы...................................................................................................................

189

ГЛАВА 8. Цементирование эксплуатационной колонны - потайной колонны («хво­

стовика») в наклонной скважине с большим отклонением ствола от

вертикали........................................................................................................

190

8.1. Расчет параметров режима цементирования потайной колонны................

193

8.2. Оценка влияния перепада давления в системе бурильная (обсадная) ко­

лонна - кольцевое пространство скважины на процесс цементирования

потайной колонны на этапе закачки тампонажного раствора....................

196

8.3.Определение высоты подъема цемента, глубины установки муфты для ступенчатого цементирования эксплуатационной колонны, длины «хво­ стовка», длины вертикального участка профиля НСБО с учетом парамет­

ров режима цементирования колонны............................................................

204

8.4. Выводы и рекомендации.....................................................................................

213

Литература..................................................................................................................................

 

4

ВВЕДЕНИЕ

Российская Федерация занимает ведущие позиции в мире по за­ пасам стратегических полезных ископаемых, в недрах нашей стра­ ны сосредоточены более 25 % запасов природного газа, 17 % запасов угля, почти 7 % нефтяных ресурсов [1]. Континентальный шельф Рос­ сии является самым большим по площади в мире. Его площадь пре­ вышает 6,2 млн км2, из них 4 млн км2 являются перспективными на нефть и газ [1, 2]. Однако освоение морских месторождений сопряже­ но с огромными капиталовложениями, затрачиваемыми на строитель­ ство дорогостоящих стационарных или плавучих гидротехнических сооружений (платформ) в том числе ледостойких, на строительство скважин, транспортировку нефти и газа, обеспечение безопасности пер­ сонала и производства работ, охрану окружающей природной среды.

Наиболее эффективным способом разработки таких месторож­ дений является применение кустового бурения наклонно направлен­ ных, горизонтальных, многозабойных скважин, наклонных скважин с большими отклонениями забоев от вертикали. Применение этого способа позволяет сократить число возводимых морских кустовых платформ, кустовых площадок на суше, снизить затраты на освое­ ние месторождения, обеспечить освоение продуктивных горизонтов, расположенных на значительном расстоянии от устья скважин (до десятка километров) в труднодоступных местах.

В последние годы в строительстве нефтегазовых скважин про­ изошли радикальные изменения в части оснащения и применения новой техники и технологии, используются буровые установки гру­ зоподъемностью 700 т и более, с верхним силовым приводом и ком­ пьютерной системой контроля состояния бурового оборудования, вы­ сокоэффективные долота, винтовые забойные двигатели, навигаци­ онное телеметрическое оборудование для контроля и управления ис­ кривлением наклонной скважины, каротаж в процессе бурения и кон­ троль за давлением в кольцевом пространстве, компьютерные про­ граммы по основным технологическим процессам. При вторичном вскрытии продуктивных пластов используются перфораторы с высо­ кой проникающей способностью, новые методы физико-механиче­ ского воздействия для интенсификации притока флюида при освоении и эксплуатации скважины. Все это позволило достичь высоких тех­ нико-экономических показателей, в частности в наклонно направлен­ ном бурении обеспечить рекордные отклонения забоя скважины от вертикали в 4-5 раза превышающие глубину скважины по вертикали.

5

Однако, несмотря на отмеченные достижения, на практике не­ редки случаи недоведения скважин до проектных глубин, невыпол­ нения поставленных геологических задач, ликвидации скважин по техническим причинам, в основном, вследствие возникающих ава­ рий и осложнений.

Одной из основных причин, имеющих место отмеченных нега­ тивных явлений в практике бурения скважин, по нашему мнению яв­ ляется, так называемый «человеческий фактор», выражающийся в нарушении технологической дисциплины, чаще всего происходящей из-за недостаточного изучения и знания горно-геологических усло­ вий бурения конкретной скважины, низкой профессиональной под­ готовки (квалификации) исполнителей работ и контролирующего персонала. Учитывая сложность и многофакторность процесса буре­ ния, особенно, наклонно направленных скважин, необходимо посто­ янно уточнять и вносить обоснованные корректировки в существу­ ющие математические модели и аналитические решения, совершен­ ствовать алгоритмы программ с учетом опыта строительства сква­ жин на данном месторождении. Следует отметить, что по пробле­ мам технологии бурения наклонных скважин имеется достаточное количество технической литературы. Однако в большинстве случа-‘ ев они посвящены бурению обычных наклонных скважин, без учета специфических особенностей технологии бурения наклонных, гори­ зонтальных скважин с большими отклонениями забоев от вертикали. Кроме того результаты исследований не доведены до численного расчета, что затрудняет их использование при составлении компью­ терных программ, и особенно, при решении конкретных практиче­ ских задач. Важное значение имеет совершенствование «Рабочего проекта на строительство скважины» [3] при его разработке, вклю­ чение в проект последних достижений науки и практики, в рамках требований [4, 5], других нормативных и руководящих документов.

В книге авторы стремились восполнить отдельные проблемы в аналитических решениях технологических процессов строительства наклонно направленных скважин с большими отклонениями забоя от вертикали, горизонтальных скважин с учетом накопленного за по­ следние годы опыта бурения таких скважин в Российской Федера­ ции и за рубежом.

6

ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ ОПЫТУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И БУРЕНИЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН С БОЛЬШИМИ ОТКЛОНЕНИЯМИ ЗАБОЯ ОТ ВЕРТИКАЛИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ЗА РУБЕЖОМ

1.1.Отечественный опыт бурения НСБО

Наклонно направленное бурение, в том числе скважин с боль­ шим отклонением забоя от вертикали, горизонтальных (ГС) и мно­ гозабойных (МЗС) скважин впервые было осуществлено в СССР, в Российской Федерации (РФ). На Каспии [6,7], в Западной Сибири [8], на Сахалине [9, 10, 11] были пробурены ряд НСБО, достигнуты оп­ ределенные успехи в совершенствовании техники и технологии их строительства. Однако, несмотря на отмеченные достижения, особен­ но в последние годы, число НСБО, пробуренных в нашей стране, ос­ тается незначительным. Вместе с тем, накопленный опыт в связи с намеченными в ближайшие годы более интенсивным освоением мор­ ских нефтегазовых месторождений на континентальном шельфе РФ — Приразломное в Печорском море, Штокмановском в Баренцевом мо­ ре, в Обской губе Карского моря, Охотском, Балтийском, Каспий­ ском морях - представляет большой практический интерес. В табл. 1.1 приводятся краткие сведения по результатам строительства первых НСБО, пробуренных в СССР. Как видно из данных табл. 1.1 скв. 202, пробуренная на месторождении Одопту-море (Северный купол) в районе г. Оха на Сахалине резко отличается от других скважин вели­ чиной рекордного отклонения забоя от вертикали (А) равного 4781 м при глубине скважины по стволу L = 5589 м и глубине по вертикали Н = 1619 м. По существу, с этой скважины начинается новый этап строительства НСБО в РФ. Основные сведения по скважине следу­ ющие [9]:

-буровая установка IRI грузоподъемностью 436 т. Оснастка та­ левой системы - 6x7;

-привод установки - электрический постоянного тока, для вспо­ могательных механизмов - переменного тока;

-буровая вышка ВВМ-148-750 А-образная;

-буровая лебедка ERI/IDEKO Е2500,1567 кВт;

7

Таблица 1.]

Проектные и фактические данные по наклонно направленным скважинам с большим отклонением забоев

от вертикали

Показатели

Скв. 782, месторождение

Скв. 588, месторождение

 

Нефтяные камни, Азербай­

Усть-Балыкское, Западная

 

джан, 1968 г.

Сибирь, 1970 г.

 

Проект

Факт

Проект

Ф акт

Вертикальный

200

200

70

70

участок, м

 

 

 

 

Глубина по вер­

2600

2470

2200

2200

тикали, м

 

 

 

 

Глубина скважи­

3500

3300

3134

3100

ны по длине

ствола, м

 

 

 

 

Отклонение забоя

2500

2320

2050

2130

от вертикали, м

 

 

 

 

Коэффициент от­

0,96

0,94

0,93

0,97

клонения, Ко,*

 

 

 

 

Максимальный

60°—1690 м

 

 

75°-617м

зенитный угол,

59°-1650 м

53°

градус

 

 

 

 

Азимут, градус

275°

268°

180°17'

179°-617 м

 

Направление

Направление

Направление

Направление

 

0530 мм-50 м

0530 мм-50 м

0377 мм-25 м

0377 мм-30 м

 

Кондуктор

Кондуктор

Кондуктор

Кондуктор

 

0426 мм-150 м 0426 мм-170 м 0245 мм-600 м 0245 мм-617 м

 

Техническая

Техническая

 

 

 

колонна

колонна

 

 

Конструкция

0299 мм-

0299 мм-

 

 

скважины:

1700 м

1650 м

Эксплуатаци-

Эксплуатаци­

 

 

Скважина не

 

 

онная колонна

онная колонна

 

Эксплуатаци­

добуренадо

0146 мм-

0146 мм-

 

проектной глу­

3150 м

3100 м

 

онная колонна

бины по техни­

 

 

 

0168 мм-

ческим причи­

 

 

3500 м

нам на глубине 3300 м

8

Окончание табл. 1.1

Показатели

Скв. 1,

Скв. 202,

 

месторождение Одопту-море,

месторождение Одопту-море,

о. Сахалин, 1971 г.

о. Сахалин, 1997-1998 гг.

Проект

Факт

Проект

Факт

Вертикальный участок, м

Глубина по вер­ тикали, Нм

Глубина скважи­ ны по длине ство­ ла, LM

Отклонение забоя от вертикали, Ам Коэффициент от­ клонения, К*от Максимальный зенитный угол, градус Азимут, градус

Конструкция

скважины:

70

70

120

120

2350

2300

1831

1619

3500

3406

5900

5589

2200

2453

5062

4781

0,96

1,09

2,77

2,95

60°

60°-1830м

88°

88°-5253 м

 

-

88,3°

88,3°

1-е

1-е

Направление

Направление

направление

направление

0720 мм-14 м

0720 мм-14 м

0630 мм-5 м

0630 мм-5 м

2-е

2-е

Кондуктор

Кондуктор

направление

направление

0508 мм-90 м

0508 мм-96 м

0473,1 мм-40 м 0473,1 мм-40 м

Техническая

Техническая

Техническая

Техническая

колонна

колонна

колонна

колонна

0339,7 мм-

0339,7 мм-

0299 мм-750 м 0299 мм-745 м

 

 

1500 м

1517м

 

 

Техническая

Техническая

 

 

колонна

колонна

 

 

0244,5 мм-

0244,5 мм-

 

 

4000 м

4005 м

Эксплуатаци­

Эксплуатаци­

 

Эксплуатаци­

онная колонна

онная колонна

Эксплуатаци­

онная колонна/

0168 мм-

0168 мм-

хвостовик

онная колон-

3500 м

3406 м

0168x177,8 мм

на/хвостовик

 

 

 

3194...5014M

0168 мм-

Фильтр

3900...5900 м

0168 мм-

 

 

4882,7...5002,5м

* К от = А/Н, где А - отклонение ствола от вертикали; Я - глубина скважины по вертикали.

9

-буровые насосы Т-1600 HP IRJ/IDEKO, приводная мощность 1193 кВт, триплексы одностороннего действия;

-верхний привод - CANRIG-1050E-2SP, нагрузка 454 т, мощ­

ность 842 кВт, двухскоростной; - источник энергии: основной - от ЛЭП-35; аварийный - дизель-

генератор станции.

В процессе бурения скважины применяли высокопроизводитель­ ные долота и забойные двигатели, экологически безопасные буро­ вые растворы с минимальным значением водоотдачи и коэффици­ ента липкости. Контроль за траекторией ствола и характером прохо­ димых горных пород осуществлялся с помощью телесистем MWD и LWD. Набор и стабилизацию кривизны, изменение азимута искрив­ ления скважины производилось с помощью регулируемых отклоня­ ющих и стабилизирующих компоновок низа бурильной колонны (КНБК).

Параметры профиля скважины представлены на рис. 1.1.

В последние годы на Одоптинском месторождении пробурены еще ряд скважин с отклонениями забоев от вертикали - на уровне ми­ ровых достижений [10]. Так в скв. 201/203 фактическое значение А составило 4996 м при глубине скважины по вертикали # = 1572 м. В скв. 204, 209 соответственно были достигнуты А = 5229 м при Н= = 1499 м и А = 5335 м при Н= 1496 м. В 2002 г. была успешно про­ бурена скв. 208 Одопггу-море [11], где впервые в отечественной прак­ тике строительства НСБО были внедрены ряд оригинальных техни­ ческих решений при креплении скважины. В частности, обсадная ко­ лонна диаметром 244,5 мм была спущена на глубину 6445 м без за­ полнения внутренней полости, т. е. полностью опорожненной. При этом с глубины 1000 м спуск колонны производился под действием дополнительной нагрузки от веса верхнего силового привода и тале­ вого блока, а также с постоянным вращением колонны. Отметим, что при подготовке ствола скважины под спуск 244,5 мм обсадной ко­ лонны во время подъема бурильной колонны также производили вращение с помощью верхнего силового привода. Опыт использова­ ния режима флотации (архимедовой силы) может найти широкое при­ менение при строительстве НСБО, ГС и МЗС. Данные по другим сква­ жинам следующие: в табл. 1.2 и на рис. 1.2 представлены параметры проектного профиля и конструкции скв. 1 СКТ (Северо-Копанская технологическая) в ОАО «Оренбурггазпром», строительство кото­ рой проектировалось в более сложных горно-геологических услови­ ях (высокий градиент пластового давления, наличие сероводорода).

10

Соседние файлы в папке книги