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

С.А. ОГАНОВ, Г.С. ОГАНОВ

ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ

СКВАЖИН

СБОЛЬШИМ ОТКЛОНЕНИЕМ ЗАБОЯ ОТ ВЕРТИКАЛИ

Москва ОАО «ВНИИОЭНГ»

2008

СОДЕРЖАНИЕ

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

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

2.1. Использование горизонтальных скважин при проектировании системы раз­

2.2. Использование пологих скважин при проектировании системы разработ­

2.3. Оценка экономической эффективности применения вариантов размеще­

ГЛАВА 3. Проектирование конструкции наклонной скважины с большим откло­

ГЛАВА 4. Проектирование профиля наклонной скважины с большим отклонени­

3

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

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

3500 м

нам на глубине 3300 м

8

Окончание табл. 1.1

* 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