Бурению горизонтальных скважин

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Горизонтальные скважины характеризуются радиусом искривления криволинейного участка, по которому приходят к горизонтальному участку. На практике обычно выделяют три основных типа скважин (табл. 7.1).

Скважины с большим радиусом искривления

Горизонтальные скважины с большим радиусом искривления характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 2-6 град./30 м (100 фут.),

который дает радиус искривления 900-290 м (30001000 фут.). Проводка скважины такого профиля осуществляется с помощью инструмента для обычного направленного бурения. Горизонтальные участки имеют длину до 2500 м (8000

фут.). Скважина с таким профилем хорошо подходит для тех случаев, когда для достижения заданной точки входа в пласт требуется большое горизонтальное отклонение.

Скважины со средние радиусом искривления

Горизонтальные скважины со средним радиусом искривления имеют интенсивность набора зенитного угла 7-35 град./30 м (100 фут.), радиусы искривления 50-300 м (160-1000 фут.) и горизонтальные участки длиной до 2500

м (8000 фут.). Эти скважины бурятся с помощью специальных гидравлических забойных двигателей и обычных элементов бурильных колонн. Компоновки с двойным перекосом рассчитаны на набор зенитного угла с интенсивностью до 35

град./30 м (100 фут.). Горизонтальный участок бурят обычными компоновками,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

включая забойный двигатель с регулируемым углом перекоса (SMA). Такой профиль скважины обычен для бурения на суше и многозабойного бурения.

На практике скважина считается скважиной со средним радиусом искривления, если компоновку низа бурильной колонны (ВНА) нельзя вращать после проходки участка набора зенитного угла со средним радиусом искривления.

Максимальная интенсивность набора зенитного угла при бурении в начале криволинейного участка со средним радиусом искривления при бурении ограничена пределами на изгиб и кручение для бурильных труб по стандарту АНИ. Скважины малого диаметра с более гибкими трубами имеют более высокие допустимые максимальные значения резких перегибов ствола (DLS).

Скважины с малым радиусом искривления

Горизонтальные скважины с малыми радиусами искривления имеют интенсивность искривления набора зенитного угла 5-10 град./метр (1-1/2-3

град/фут), которому соответствует радиус искривления 12,2-6,1 м (40-20 фут.).

Длина горизонтального участка находится в диапазоне 60-275 м (200-900 фут.).

Скважины с малыми радиусами искривления бурятся с помощью специального бурильного инструмента и по специальной технологии. Такой профиль находит наибольшее распространение при бурении дополнительных стволов из имеющихся скважин.

Скважины со сверхмалым радиусом искривления

Помимо вышеуказанных существует схема со сверхмалым радиусом искривления, по которой можно изменить направление скважины от вертикального до горизонтального по радиусу 0,3-0,6 м (1-2 фут). При этом используется не система бурения в обычном смысле этого слова, а система специального назначения с высоконапорной гидромониторной промывкой, при которой формируется ствол диаметром 3,8-6,4 см (1,5-2,5 дюйма) и длиной 30-61

м (100-200 фут.). Существует мнение, что эта технология экономически не выгодна.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Бурение скважин с большим радиусом искривления

Рис. 7.2 Идеализированный профиль скважины с большим радиусом искривления

На рис. 7.2 показан профиль скважины с большим радиусом искривления.

Следует отметить, что скважина должна изменить направление от вертикального до горизонтального на глубине 300-900 м. (1000-3000 фут.) по вертикали. Глубина вертикального участка зависит от интенсивности набора зенитного угла на криволинейном участке и зенитного угла на участке стабилизации, входящих в профиль скважины. Участки стабилизации часто планируются в профилях скважин для того, чтобы обеспечить горизонтальное отклонение, необходимое для входа в пласт в заданной точке. Они также позволяют попасть в заданную точку в случае отклонения фактической интенсивности набора зенитного угла от проектной.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Начальная интенсивность набора зенитного угла обычно менее 4 град./30 м (100 фут) и задается для уменьшения крутящего момента и сил сопротивления при вращении и подъеме бурильной колонны. Зенитный угол скважины на участке стабилизации, если он входит в профиль скважины, находится в диапазоне 25-60 град. и зависит от горизонтального отклонения, необходимого для входа в пласт в заданной точке. Конечная интенсивность набора зенитного угла перед горизонтальным участком часто составляет 4-6 град./30 м (100 фут.),

но может быть выше, на уровне 8-10 град./30 м (100 фут.).

Скважины с большими радиусами искривления могут буриться набором компоновок для обычного направленного бурения. Начальное искривление скважин производится компоновками с забойными двигателями. Такие компоновки могут содержать обычный забойный двигатель с кривым переводником, но обычно включают забойный двигатель с регулируемым углом перекоса (SMA). Если SMA используется для бурения участка набора зенитного угла, то его обычно применяют и для бурения участка стабилизации зенитного угла. Если вместо SMA для начального искривления скважины используют забойный двигатель с кривым переводником, участок стабилизации зенитного угла часто бурят роторной компоновкой (ВНА). После проходки участка стабилизации зенитного угла для набора зенитного угла перед горизонтальным участком используют компоновку, включающую забойный двигатель с регулируемым углом перекоса (SMA).

Горизонтальный участок обычно бурят забойным двигателем с регулируемым углом перекоса, рассчитанным на интенсивность резкого перегиба

2-3 /30 м (100 фут.) при ориентированном бурении (установка устройства в положение на бурение с изменением угла). Избегают применять компоновки с большими углами перекоса, чтобы свести к минимуму крутящий момент на роторе и нагрузку на крюк при подъеме и увеличить стойкость долота и межремонтный период забойного двигателя. Рейсы с роторными компоновками осуществлялись успешно в тех горизонтальных участках, где не требовалось управлять азимутом скважины. Вообще же используются компоновки,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

включающие забойный двигатель с регулируемым углом перекоса, так как они обеспечивают высокое качество управления зенитным углом и азимутом.

Крепление скважин обсадной колонной

При креплении скважин башмак обсадной колонны устанавливают обычно или перед конечным участком набора зенитного угла или после окончания бурения участка набора зенитного угла. Глубина установки зависит от пород геологического разреза и ожидаемых осложнений в открытом стволе. При минимальных осложнениях промежуточную колонну часто спускают до конца последнего участка набора зенитного угла. Это позволяет установить эксплуатационную колонну-хвостовик в прямом участке, а не в зоне изгиба. Если ожидаются осложнения при бурении участка стабилизации зенитного угла,

башмак промежуточной колонны можно устанавливать выше последнего участка набора зенитного угла. Это уменьшает протяженность открытого ствола до бурения в заданном объекте.

Достоинства и недостатки профилей с большим радиусом искривления

Достоинства

*Более низкая интенсивность резких перегибов (DLS)

*Длинный горизонтальный участок (по сравнению с профилем с малым радиусом искривления)

*Возможность достижения большого горизонтального отклонения забоя от устья в плане

*Пригодность технологий и оборудования, используемых для обычного направленного бурения

*Увеличение доли роторного бурения позволяет улучшить показатели строительства скважины

*Использование стандартных бурильных и обсадных труб

*Уменьшение ограничений на диаметры скважины и оборудования

*Возможность расширения диапазона схем заканчивания

*Большая приспособленность к геофизическим исследованиям скважины и отбору керна

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

(300-1000 фут.). Известно много систем для бурения скважин со средним радиусом искривления. Они объединяют различные схемы размещения с изогнутым корпусом забойного двигателя, с корпусом с регулируемым углом перекоса кривых переводников и стабилизаторов.

При работах со средним радиусом искривления в участке скважины с высокой интенсивностью набора зенитного угла применяются компоновки с двойным перекосом. Они рассчитаны на набор зенитного угла с интенсивностью до 35 град./30 м (100 фут.) при ориентированном положении компоновки (т.е. без вращения бурильной колонны). Проектная интенсивность набора зенитного угла определяется размерами и размещением отклоняющих устройств и стабилизаторов и обычно для забойных двигателей достигает 16 /30 м (100 фут.).

Компоновок с одним отклонителем могут быть использованы как при роторном,

так и при бурении с использованием забойного двигателя.

Обсадные колонны

Обычно обсадная колонна устанавливается непосредственно над точкой отклонения скважины от вертикали или новый ствол забуривается из существующей обсадной колонны.

Преимущества и недостатки профилей со средним радиусом

искривления

Преимущества

*Уменьшение длины открытого ствола по сравнению с профилем скважины

сбольшим радиусом искривления

*Применение обычного бурового оборудования

*Можно уменьшить крутящий момент и усилие на крюке при подъеме

*Управление траекторией скважины осуществляется на более коротком интервале. Сочетание меньшего изгиба и более редкой смены конструкций компоновки облегчает получение равномерной интенсивности набора зенитного угла

* Возможность обеспечить, по сравнению с искривлением скважины по малому радиусу, большое горизонтальное отклонение

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

*Более широкий диапазон вариантов заканчивания по сравнению с малым радиусом. Возможность проводить каротаж и отбор керна

*Уменьшение ограничений по диаметру скважин в диапазоне 98-311 мм (3

7/8 - 12 1/4 дюйма)

*Возможность многозабойного бурения из одной скважины

Недостатки

*Могут потребоваться некоторые специальные инструменты, например КНБК с двойным перекосом

* Требуются специальные методы бурения (например, отсутствие вращения бурильной колонны при работе КНБК на участке набора зенитного угла затрудняет очистку скважины). Если требуется вращение бурильной колонны

(например, для проработки скважины), большие циклические напряжения изгиба ускоряют усталость материалов элементов

* Могут потребоваться соединения, не соответствующие стандарту АНИ,

более дорогие обсадные и бурильные трубы

* Более высокие интенсивности при резком перегибе ствола (по сравнению с профилем скважины, пробуренной по большому радиусу) ограничивают возможности каротажа и схемы эаканчивания скважины.

Бурение скважин с малым радиусом искривлений

В большинстве областей применения скважина бурится вертикально и искривляется по малому радиусу непосредственно в кровле пласта или в самом пласте.

Методика работы состоит в установке пакера с уипстоком и отклонением скважины с набором зенитного угла специальной компоновкой для набора угла

(рис. 7.4). При достижении угла в 90 град, спускают специальную компоновку для стабилизации зенитного угла, чтобы бурить горизонтальный участок. Эта специальная компоновка для стабилизации зенитного угла приводится в действие трубами с шарнирными соединениями, позволяющими вращаться им в стесненном пространстве скважины, искривленной по малому радиусу. В

последнее время на некоторых скважинах использовались системы с забойным

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

двигателем с шарнирными соединениями для профилей с малым радиусом искривления.

Большинство скважин, пробуренных такой системой, имело глубину по вертикали менее 3000 метров (10 000 фут.) и горизонтальные участки длиной 90-

120 м (300-400 фут.), хотя иногда они достигали длины 350 м (900 фут.).

Рис. 7.4. Вырезание окна компоновкой с уипстоком.

Одна из главных проблем при использовании этой системы состоит в необходимости спустить измерительный прибор для каждого каротажа в отдельных рейсах на алюминиевой трубе. Это увеличивает продолжительность и стоимость геофизических исследований скважины.

Конструкция скважины

Так как профиль скважины с малым радиусом искривления используется для многозабойного бурения, большинство скважин с малым радиусом искривления

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

заканчивают открытым стволом. Иногда спускают хвостовик со щелевидными

отверстиями.

Варианты бурения боковых стволов из существующих скважин

Существует четыре главных системы бурения бокового ствола

горизонтально-разветвленных скважин:

*Технология бурения скважин по сверхмалому радиусу с помощью струи высокого давления

*Система бурения скважин с малыми радиусами искривления, основанная на применении роторной компоновки

*Система бурения скважин с малыми радиусами искривления, основанная на использовании забойных двигателей

*Бурение скважин по среднему радиусу искривления

Все четыре системы пригодны или будут пригодными для бурения бокового ствола. Первые три системы требуют применения специального бурильного инструмента и специальных методов исследований в скважинах. Малые радиусы искривления скважин накладывают также ограничения на возможность оценки продуктивного пласта и методы заканчивания скважин.

В отличие от них при средних радиусах искривления применяется обычный бурильный инструмент, включая систему измерений в процессе бурения для инклинометрии и ориентирования отклонителя. Единственным исключением являются ограничения оценки продуктивного пласта и заканчивания скважины по радиальному зазору, связанные с ограничениями по диаметру скважины. По этой причине ожидается, что на рынке технологий для бурения боковых стволов приоритет за оборудованием для проводки скважин по средним радиусам искривления.