Л.М. Левинсон, Г.В. Конесев,

Т.О. Акбулатов, М.Л. Левинсон,

Р.А. Хасанов

Строительство и навигация сложнопрофильных скважин

Уфа 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной

технический университет»

Л.М. Левинсон, Г.В. Конесев, Т.О. Акбулатов, М.Л. Левинсон, Р.А. Хасанов

Бурение и навигация наклонных

и горизонтальных скважин

Учебное пособие

Уфа 2014

УДК 622.243.27

Утверждено решением Ученого совета

самостоятельного подразделения ГОУ ВПО УГНТУ

Рецензенты

А.А. Чезлов, зав.отделом ОАО НПП «Азимут», к.т.н.

А.И. Мухачёв, директор департамента сервиса ОАО «Бурсервис»

Л.М. Левинсон, Г.В. Конесев Т.О. Акбулатов, М.Л. Левинсон, Р.А. Хасанов

Л-34 Бурение и навигация наклонных и горизонтальных скважин

Учебное пособие. - Уфа:

2014 с.-___с.

ISBN__________________

Рассмотрены причины, механизм и профилактика самопроизвольного искривления скважин; навигационные приборы, позволяющие определять координаты ствола скважины и положения отклонителя. Приведены способы и компоновки инструмента для бурения направленных скважин; типовые профили, их расчет и проектирование, приведены особенности строительства кустов скважин, боковых стволов.

Даны основы управления искривлением скважин, компоновки бурильной колонны для бурения отдельных участков (вертикальных, наклонных, с набором и падением зенитного угла) ствола скважины; приведены данные о роторных управляемых системах. Рассмотрены вопросы выноса шлама из горизонтальных участков скважины и буровые промывочные растворы.

Предназначено для студентов нефтяных вузов и факультетов, готовящих специалистов по бурению нефтяных и газовых скважин, для слушателей институтов и факультетов дополнительного профессионального образования, работников нефтяной и газовой промышленности, занимающихся строительством скважин.

УДК 622.243.27

Isbn__________________

© Л.М. Левинсон, Г.В. Конесев, Т.О. Акбулатов, М.Л. Левинсон, Р.А. Хасанов, 2014

Оглавление

1. Назначение и области применения наклонно направленного

и горизонтального бурения……………………………………………..…….…….….5

2. Основные определения и понятия………………………………….…………........6

3. Причины и механизмы самопроизвольного искривления скважин.......................9

3.1. Геологические факторы самопроизвольного искривления скважин……….....11

3.2. Технические причины искривления скважин……………………......................12

3.3. Технологические причины искривления скважин……………………..............12

3.4. Предупреждение самопроизвольного искривления скважин…………...…….13

4. Измерение параметров кривизны при бурении скважин………………..........….14

5. Способы бурения наклонно направленных скважин………….........................…16

6. Профили наклонных скважин………………………………………………..........17

6.1. Расчет трехинтервального профиля с участком стабилизации

зенитного угла………………………………………………………………................19

6.2. Расчет трехинтервального профиля с участком падения зенитного

угла……………………………………………………………………………………..22

6.3. Расчет четырёхинтервального профиля с участком стабилизации

зенитного угла……………………………………………………………..……..........25

6.4. Проектирование и расчет профилей горизонтальных скважин………….........27

6.4.1. Расчет профиля ГС плоского типа…………………………….........................29

6.4.2. Расчет профиля ГС пространственного типа…………………...........…...…..32

7. Бурение боковых стволов……………………………………………….........……39

8. Технические средства управления искривлением………......................................66

9. Обоснование режимных параметров при наклонном бурении.….……...……....73

10. Вынос частиц шлама из горизонтального ствола скважины…...........................73

11. Ориентирование отклоняющих компоновок………………….……………...…79

11.1. Забойное ориентирование в вертикальном стволе……………………...….....82

11.2. Забойное ориентирование в наклонном стволе………………..………...…....84

11.3. Навигационные системы……………………………………………….……….86

11.4. Бурение с применением телеметрических систем…………………………....87

11.4.1. Каналы связи телеметрических систем в бурении………............................88

11.4.2. Телеметрические системы ведущих стран мира……………...………….....90

11.4.2.1. ТС с проводным каналом связи…………………………………….….…...90

11.4.2.2. ТС с электромагнитным каналом связи…………………………………...99

11.4.2.3. ТС с гидравлическим каналом связи…………………………..................101

11.4.2.4. ТС с комбинированным каналом связи………………………..................105

11.4.2.5. Аппаратно-программный комплекс контроля процесса бурения

“Волга”……………………………..............................................................................106

12. Роторные управляемые системы ……………………………………...…...…...108

12.1. Бурение с использованием гидравлических забойных двигателей………...110

12.2. Роторные управляемые системы для направленного бурения……………...113

12.3. Роторные управляемые системы для бурения вертикальных скважин…….136

12.4. Перспективы применения роторных управляемых систем при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин……………………………..147

13. Определение пространственного положения ствола скважины ……...….…..149

14. Особенности строительства кустов скважин………………….…………....….155

15. Некоторые технологические и экологические требования при наклонном

бурении…………………………………………………….........................................160

16. Буровые промывочные жидкости………………………………………………162

16.1. Назначение, функции, типы БПЖ и требования к ним……………………..162

16.2. Физико-химические основы получения и управления свойствами промывочных жидкостей……………………………………………………………………….168

16.2.1. Основные свойства буровых промывочных жидкостей и характеризующие их параметры…………………………………………………………………………168

16.2.2. Методы и средства регулирования свойств буровых промывочных жидкостей……………………………………………………………………………………169

16.2.3. Виды промывочных жидкостей и условия их применения……………….174

16.2.4. Особенности регулирования свойств БПЖ в различных условиях………193

16.3. Методы и средства очистки БПЖ…………………………………………….204

Список литературы…………………………………………………………………..212

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Разработка нефтяных и газовых месторождении в труднодоступных районах, на акваториях и шельфах морей и океанов, доразработка старых месторождений, уплотнение сетки разработки, охрана земельных угодий, усиление экологических требований, сложные геологические условия – главные причины бурения наклонных и горизонтальных скважин.

Наклонно направленными считаются скважины, искривление ствола которых предусматривается проектом. Под термином «горизонтальная скважина» следует понимать наклонно направленную скважину, имеющую горизонтальный или субгоризонтальный с углом более 80⁰ участок ствола различной протяженности. Бурение таких скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, увеличивает дебиты и нефтеотдачу пластов, снижает капиталовложения, облегчает и упрощает обслуживание скважин.

В настоящее время практически все эксплуатационные скважины бурятся кустовым методом, когда устья нескольких скважин в кусте расположены близко друг к другу (4–5 м) на одной технологической площадке, а забои находятся в узлах сетки разработки. Число скважин в кусте колеблется от 2 до нескольких десятков.

Самым большим, состоящим из 64 скважин, является куст, построенный в черте города Лос-Анджелес, США. Для этих целей было сооружено специальное здание, в котором размещено буровое и эксплуатационное оборудование. Число морских скважин в кусте на морской платформе может достигать 50 и более.

Искусственное искривление скважин применяется с целью:

1) добычи нефти и газа из труднодоступных участков, занятых на поверхности промышленными и жилыми объектами, оврагами, горами, реками, озерами, болотами, лесами, морями;

2) экономии отводимых под строительство скважин плодородных земельных участков, лесов и др.;

3) экономии затрат на строительство оснований, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов;

4) сокращения средств и времени на строительно-монтажные работы и обслуживание при эксплуатации скважин с близко расположенными устьями;

5) обхода зон катастрофических поглощений, обвалов и аварий в стволе скважины;

6) вскрытия продуктивных пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;

7) проходки стволов на нефтяные пласты, залегающие под соляными куполами, в связи с трудностью бурения через них (соль «плывет», срезает бурильные и обсадные колонны);

8) бурения стволов для глушения открытых фонтанов и тушения пожаров;

9) перебуривания части ствола скважины;

10) вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа и увеличения дебита скважины;

11) многозабойного вскрытия продуктивного пласта.

Особого внимания заслуживает опыт по бурению специальных наклонно-горизонтально-восстающих скважин с целью прокладки дюкеров под руслами рек. С этой целью спроектировано специальное оборудование, позволяющее забуривать скважину без вертикального участка, под углом 8–12 к горизонту. Нагрузка на долото создается гидравлическим домкратом, забойный двигатель – электробур. Скважина проводится под дном реки на глубине 15–20 м. При выходе долота на поверхность на другом берегу реки бурильную колонну соединяют с дюкером и протаскивают всю систему труб обратно к устью скважины.