книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

исходит от того, что на долото со стороны горной породы действует по­ перечная сила.

Рис, 7.15. Схема разрушения забоя в зависимости от положения оси долота относительно плоскости напластования пород:

а — перпендикулярно плоскости напластования; б — под углом 45*; в— параллельно напластованию

Искривление ствола скваж ины в любой точке характери зуется д ву ­ мя величинами:

• зен и тн ы м углом а , который показы вает отклонение оси скваж и ­ ны от вертикали в данной точке;

• ази м утальн ы м углом <р, который показы вает полож ение точки оси скважины относительно северного направления.

Пробурить скваж ину по выбранному профилю с попаданием забоя в заданную точку пласта очень трудно. Поэтому установлены допусти­ мые отклонения забоя от проектного положения. Скважины, с зенитным углом до 2* следует назы вать условно вертикальными, в остальных слу­ чаях — искривленными. Допустимое отклонение от проекта забоя сква­ жин: глубиной до 2000 м — не более 20 м; глубиной более 3000 м — не более 50 м.

В искривленной скваж ине затруднено нормальное проведение буро­ вых работ, более вероятно желобообразование, более интенсивно изна­ шиваются бурильные трубы, чащ е происходит поломка инструмента, осложняются и з-за за тя ж е к спускоподъемны е работы. И скривление скважин затрудняет цементирование обсадных колонн, эксплуатацию нефтяного месторож дения, а такж е искаж ает представление о действи ­ тельной мощности пластов.

Перед началом буровых работ необходимо проверить горизонталь­ ность установки ротора, центрирование выш ки и шахтного направления. При бурении основными мерами против самопроизвольного искривле­ ния скважин являю тся: правильная компоновка ниж ней ч а с т и буриль­ ной колонны (КНБК) и регулирование реж им а бурения в соответствии

ла. Для этого выбираю т ближ айш ий вертикальны й участок ствола сква­ жины против мягких пород. Н иж е вертикального участка ставят цемен­ тный мост и забуриваю т новый ствол скважины . П ри этом крепость гор­ ной породы долж на быть меньш е крепости цементного камня. В период забуривания ствола необходимо следить за шламом. Когда цемент пе­ рестает появляться в ш ламе, осевую н агрузку увеличиваю т до нор­ мальной величины.

7.10.2.Б у р ен и е н а к л о н н о -н а п р а в л е н н ы х с к в а ж и н

Скваж ина, специально направленная в точку, удаленную от вертикальной проекции устья, н азы вается наклонно-направленной . Необходимость в наклонном бурении возникает при разбуривании мор­ ского месторождения с берега, когда нужно взять под контроль горя­ щую скважину бурением разгрузочной скваж ины , когда необходимо уйти в сторону при аварии на скваж ине, а такж е в других случаях, ког­ да забой скваж ины долж ен располагаться под участком, недоступном для монтажа буровой (рис. 7.17).

Рис. 7.17. Возможные случаи использования наклонных скважин

Существуют два способа бурения наклонных скважин:

• роторный, при котором искривление ствола осущ ествляется пре­ рывисто последовательны ми зарезкам и (уходами в сторону);

•забойными двигателями, когда обеспечивается непрерывный процесс искривления ствола скважины. Наиболее перспективными для набо­ ра кривизны в заданном направлении считаются винтовые двигате­ ли, имеющие низкую частоту вращ ения вала и большую мощность.

П роф иль наклонно-направленны х скваж ин м ож ет располагаться в одной плоскости, а мож ет напоминать винтовую линию и быть простран­ ственным. Наиболее распространенны й проф иль состоит из трех учас­ тков: верхнего вертикального, среднего искривленного и третьего на­ клонного прямолинейного участка (рис. 7.18). При проф иле скважины а можно получить больш ие отклонения от вертикали при незначитель­ ном зенитном угле, а при проф иле в можно пересечь вертикальным уча­ стком 4 несколько продуктивны х горизонтов. Во всех проф илях обяза­ тельно им еется участок 2, на котором осущ ествляется набор зенитного угла скваж ины . В случае, когда скваж ина заканчивается горизонталь­ ным участком, она назы вается го р и зон тальн ой скважиной.

à е

Рис. 7.18. Разные профили наклонных скважин:

1 — вертикальный участок; 2 — участок увеличения зенитного угла; 3—участок стабилизации зенитного угла или его уменьшения; 4 — вер­ тикальный участок в продуктивной толще; 5 — горизонтальный учас­ ток или горизонтально-разветвленный в продуктивном пласте

Ц ель с тр о и тел ьс тв а го р и зон тал ьн ой с к в аж и н ы заклю чается в продольном вскры ти и продуктивной части пласта. Компании-опера­ торы использую т скваж и н ы с горизонтальны м стволом для разра­ ботки тонких п родукти вн ы х пластов больш ой протяж енности, осво­ ение которы х с помощ ью обы чны х скваж и н эконом ически нерацио­ нально. В общ ем случае скваж ины , имею щ ие горизонтальную секцию.

позволяют добы вать в 5— 10 р а з больш е н еф ти и газа по сравнению с вертикальными скваж инам и . В последнее врем я скорость проходки горизонтальных скваж и н п р и б ли зи лась к скорости проходки вер ти ­ кальных скваж ин.

Горизонтальный участок скваж ины м ож ет быть вогнутым или вы ­ пуклым. прямолинейным или волнообразным. Н азначение направляю ­ щей части проф иля горизонтальной скваж ины заклю чается в вы веде­ нии ствола под определенны м углом в заданную точку продуктивного пласта. Проектной глубиной горизонтальной скваж ины явл яется глу­ бина нижней точки направляю щ ей части проф иля. Самое большое дос­ тигнутое отклонение забоя горизонтальной скваж ины от устья состав­ ляет 10 км.

В целях искусственного и скр и вл ен и я ствола скваж и н ы исполь­ зуются о тк л о н яю щ и е у с т р о й с т в а , которы е вклю чаю т в состав ком ­ поновок низа бурильны х колонн. О тклоняю щ ие устройства создаю т надолоте отклоняю щ ее усилие или отклоняю т ось долота от оси сква­ жины.

Втурбинном бурении наиболее часто в качестве отклоняю щ его уст­ ройства применяют кривой переводник, который выполнен с пересека­ ющимися осями присоединительной резьбы . Резьбу с перекосом до 4” нарезают в основном на ниппеле. Кривой переводник в сочетании с УВТ крепят к забойному двигателю .

Для набора зенитного угла до 9 0 \ а такж е для изм енения азим ута скважины и зарезки нового ствола с цементного моста используется отклонитель в виде отрезка У БТ с перекош енными осями присоедини­ тельной резьбы.

В роторном бурении отклонение ствола от вертикали осущ ествля­ ется с помощью клиновидны х или ш арнирны х отклонителей, которые применяют только д л я придания стволу необходимого искривления. Съемные отклонители удаляю т после того, как пробурят в установлен­ ном направлении около 15м нового ствола.

После того, как ствол отклонен в нуж ном направлении, дальнейш ие работы производят различны м и компоновками низа бурильной колон­ ны. Отклоняющая компоновка вклю чает в себя долото, забойный д ви ­ гатель, отклоняющее устройство.

Бурение наклонной скваж ины по заданном у проф илю возможно в том случае, когда отклонитель точно ориентируется в проектном а зи ­ муте.Для этого использую т различны е способы ориентированного спус­ ка бурильной колонны. После достиж ения забоя отклонитель ориенти -

рую т в заданном направлении, например, по м еткам на бурильных тру­ бах или при помощи инклинометра с электромагнитной буссолью. Для ориентирования отклоняю щ их компоновок по заданному азимуту, оп­ ределения угла закручивания бурильной колонны ш ироко используют Телеметрические системы.

Угол закручивания бурильной колонны зависит от реактивного мо­ мента забойного двигателя и длины бурильной колонны. Обычно вели­ чину угла закручивания принимаю т равной 3° и 5е на каж ды е 100 м дли­

ны бурильны х труб диаметром 168 и 140 мм, соответственно.

П ри бурении интервалов скваж ин с набором кривизны применяют­ ся трехш арош ечны е долота, так как они работаю т более плавно, требу­ е т меньш их вращ аю щ их моментов и создаю т меньш ий угол закручи­ вания колонны бурильны х труб от реактивного момента на турбине.

П ри больш их искривлениях индикатор веса и з-за трения колонны о Стенки скваж ины часто не о тр аж ает ф актической нагрузки на забой. В таких случаях следует периодически приподнимать и проворачивать

бурильную колонну.

7,10 .3 . К устовое и м н о г о за б о й н о е б у р е н и е с к в а ж и н

П ри кустовом бурении у с ть я скваж ин группирую тся на об­

щей площ адке, а забои находятся в точках, соответствую щ их сетке раз­ работки м есторож дения. П ри кустовом бурении проф иль направлен­ ной скваж ины долж ен обеспечить заданную сетку разбуривания неф­ тегазового м есторож дения и рациональное число скваж ин в кусте.

Главное преимущ ество кустового бурения заклю чается в уменьше­ нии необходимой площ ади для разм ещ ения буровой установки и сокра­

щении объема строительно-м онтаж ны х работ. Н аиболее выгодно вести Кустовое бурение на морских м есторож дениях, в горной и болотистой Местности, где строительство дорог и ком муникаций требует больших Затрат.

До начала бурения первой скваж ины составляется план куста, в ко­ тором п оказы вается располож ение устьев скваж ин, очередность их бурения, проектны е азим уты и отклонения забоев (рис. 7.19). Расстоя­ ние м еж ду устьям и соседних скваж ин определяется исходя из необхо­ димости разм ещ ен ия стан ков -качалок и рем онтны х агрегатов, но не Ченее 3 м. Во избеж ание встречи стволов расстояние по вертикали меж­ ду точками забуривания наклонного ствола соседних скваж ин должно быть не менее 30 м, если разница в азим утах забуривания менее 10

Также не допускается пересечение плоскостей бурящ ейся и ранее про­ буренных скважин.

Рис. 7Д9, Очередность бурения скважин на кустовой площадке:

Л —направление перемещения буро­ вой установки; I, 2, 3, 4. 5 — группа скважин, в которой каждая очередная забуривается с большей глубины, чем предыдущая; при этом опасность •.гречи стволов минимальна; б, 7, S — глубина зарезки для каждой очередной скважины меньше, чем для предыду­ щейскважины

Буровая вышка и комплект бурового оборудования монтируются так, чтобы насосная располагалась отдельно. После окончания бурения пер ­ вой в кусте скваж ины передвигается только вы ш ка с привы ш ечны м оборудованием, а насосная остается на преж нем месте. Затем подсое­ диняют выкидные линии от насосов к новому стояку, соединяю т новое устье скважины с ж елобной системой и приступаю т к бурению второй наклонной скваж ины в кусте и т. д.

Скважины с ответвляю щ имися стволами назы ваю тся многозабойными. Любая многозабойная скваж ина явл яется наклонно-направлен­ ной. Разновидностью многозабойных скваж ин являю тся горизонтально разветвленные скваж ины , зенитны й угол которых доведен до 90°.

Технология проводки многозабойной скваж ины сводится к сл ед у ­ ющему. До кровли продуктивного пласта бурят обычную скваж ину, от которой в продуктивном пласте в разны е стороны бурятся дополни­ тельные стволы. К аж ды й из этих стволов вскры вает пласт вдоль на­ пластования. После того как многозабойная скваж ина пробурена, ее основной ствол до места зар езк и первого верхнего ствола обсаж и ва­ ется колонной.

Для бурения резко пологих дополнительных скваж ин использую т короткий забойный двигатель, позволяю щ ий производить искривление стволов с радиусом кривизны 25— 50 м вместо стандартны х 250 м.

Под конструкцией скваж ины понимаю т порядок расположе­ ния в скваж ине обсадных колонн и их разм еры , диам етр долота, кото­ ры м ведется бурение под каж дую колонну, вы сота подъема закачанно­ го в затрубное пространство цементного раствора.

Конструкция скваж ины долж на обеспечивать надеж ную изоляцию всех проницаемы х горизонтов, сохранность запасов углеводородов и долговрем енную эксп луатац ию этого слож ного нефтепромыслового объекта. О бсадная колонна не пропускает подземны е пресные воды к нефти, газу и соленой воде, которы е поднимаю тся вверх по скважине в процессе добычи. Особое внимание долж но быть обращ ено на конструк­ цию забоя в интервале продуктивного пласта.

Число обсадных колонн определяется из условий несовместимос­

ти реж им ов бурения отдельны х интервалов скваж ин. В конструкции скваж ин использую тся следую щ ие типы обсадных колонн:

Направление — обсадные трубы для предотвращ ения размыва ус­ тья скваж ины ;

Ко н д у к т о р — обсадные трубы д л я крепления верхних неустойчи­ вых интервалов разреза, изоляции водоносных горизонтов от загряз­ нения, установки на устье противовыбросового оборудования, для под­ вески последую щ их обсадных колонн;

П р о м е ж у то ч н а я обсадная колонна — д л я крепления и изоляции вы ш ележ ащ их зон р азр еза, несовместимых по условиям бурения с ни­ ж ележ ащ им и;

Э к сп л у атац и о н н ая колонна — д л я крепления и разобщ ения про­ дуктивны х горизонтов и изоляции их от других горизонтов разреза.

П ром еж уточны е колонны могут перекры вать весь ствол скважины от забоя до устья (рис. 7.20), а могут крепить только необсаженный ин­ тервал скваж ины (хвостовики) с перекры тием преды дущ ей колонны на

100м.

При подсчете числа колонн, входящ их в конструкцию скважины, направление и кондуктор не учиты ваю тся.

Выбор диаметров обсадных колонн и долот осущ ествляется снизу вверх, начиная с эксплуатационной колонны, диам етр которой задает­ ся заказчиком . Д иам етр эксплуатационной колонны вы бирается в за­ висимости от назначения скваж ины и от ож идаемого суммарного деби­ та продуктивного пласта. Д иам етр эксплуатационной колонны опре-

деляет диаметр долота д ля бурения продуктивного пласта. Д ля добы ­ вающей нефтяной скваж ины больш инству требований эксплуатации удовлетворяют диам етры эксплуатационной колонны 140 или 160 мм. Окончательное реш ение на этот счет зависит от мощ ности пласта. П ри малой мощности (до 30 м) устойчивого, не осыпаю щ егося пласта можно применить колонну диам етром 168 мм. При мощности зал еж и до не­ скольких сотен метров следует использовать эксплуатационную колон­ ну диаметром 178 мм.

527

а 6 в

Рис, 7.20, Конструкция скважин:

а — профиль скважины; б — концентрическое расположение обсадных колонн в стволе; в — графическое изображение конструкции скважины

Диаметр эксплуатационной колонны опорных, парам етрических, структурных, поисковых и разведочны х скваж ин обычно приним ается 114 или 127 мм. В газовы х добываю щ их скваж инах диам етр эксплуата­ ционной колонны приним ается равны м 178 мм.

На основании данных изменения по глубине коэф ф ициента аномаль­ ности пластовы х давлений вы деляю тся зоны с несовместимыми усло­ виями бурения. У словия считаю тся несовместимыми, если при разбу­ ривании ниж ней зоны используется состав бурового раствора, вызыва­ ющий осложнение в верхней зоне.

П риступать к бурению ниж ерасполож енной зоны можно после на­ деж ной изоляции преды дущ ей зоны путем спуска обсадной колонны и цем ентирования заколонного пространства там понаж ны м раствором. С учетом этого обстоятельства оп ред еляется число обсадных колонн

П ри проходке и заканчивании скваж ин откры ты м стволом выбор диаметров начинается с откры той части ствола.

Д иам етр долота подбирается таким образом, чтобы был обеспечен необходимый зазор м еж ду м уф той обсадной колонны и стенками сква­ жины . Величина кольцевого зазора зависит от многих ф акторов, глав­ ным и з которы х явл яется обеспечение условий успеш ного цементиро­ вания затрубного пространства. П ри наруж ном диам етре обсадных труб от 114 до 426 мм кольцевой зазор назн ачается от 15 до 50 мм.

При выборе интервалов цементирования затрубного пространства необходимо вы полнять следую щ ие требования:

•за кондуктором цем ентация вы полняется на всю высоту до устья скваж ины ;

•за п ром еж уточны м и колоннам и н еф тян ы х скваж и н глубиной до 3000 м и н тер вал цем ен таци и — не м енее 500 м от баш мака ко­ лонны;

•за пром еж уточны м и колоннами газовы х скваж ин, а такж е разве­

дочных, поисковых, парам етрических и опорных скваж ин цемен­ тац ия вы полняется на всю вы соту до устья;

• за эксплуатационны м и колоннами цем ентация вы полняется с пе­ рекры тием баш мака преды дущ ей колонны не менее чем на 100 м;

• все обсадные колонны в скваж инах, сооруж аем ы х в акваториях, цем ентирую тся по всей длине.

П ри выборе конструкций газовы х скваж ин необходимо учитывать следую щ ие особенности:

• после проявления газоносного пласта и заполнения скважины га­ зом давление на устье не отличается от забойного давления, поэто­ му ствол газовой скваж ины долж ен быть прочным;

•ввиду высокой подвижности газа и больш их скоростей его течения по стволу вибрационная устойчивость обсадных колонн должна быть высокой, а герм етизация затрубного пространства и резьбо­ вых соединений обсадных труб долж на быть надежной.