Lektsii_3-4_Uslovia_i_kriterii_iskrivlenia

Farm региона POOL Англии и месторождения Pt. Perdemdes Штата Калифорния США.

В конце семидесятых годов максимальное смещение наклоннонаправленных скважин составляет 3660 м. В январе 1993 г на платформе Statfjord C Северного моря Норвегии пробурена скважина С2, горизонтальное смешение которой достигло 7853 м (MD = 9327 м , TVD = 2770 м). В сентябре 1995 г. Компания BP на месторождении Wytch Farm Ингланда пробурила седьмую скважину с большим смещением LM – 055P, горизонтальное смешение которой достигло 8035 м (MD= 8700). Компания Halliburton даже считает, что используя существующие технологии, можно пробурить скважину с большим смешением забоя даже более 10000 м. (см. рисунок 3.3.).

Рисунок 3.3.

В таблице 3.1. приведены данные типичных скважинах с большим смешением в мире. Низкий коэффициент набора угла и большой стабильный наклонной угол считаются общей тенденцией бурения скважин с большим смещением.

Бурение скважин с большим смещением начинается с двадцатых годов 20 века. Учитывая экономические выгоды, в то время бурили скважины с большим смещением забоя с суши на Хандингонском шельфе Штата Калифорнии США для разработки нефти и газа в море.

На севере месторождения Statfiord северного моря Норвегии, применяя скважины с большим смешением вместо бывшего проекта по морской разработке, сэкономили 120 млн. долларов США. На месторождении Sleipner Северного моря Норвегии, используя бурение скважина с большим

смещением вместо бывшего проекта по морской разработке сэкономили 1 миллиард долларов США. (рис.3.4)

В Великобритании на месторождении Wytch Farm используя бурение скважин с большим смещением на берегу моря вместо ранее запланированного проекта по бурению на искусственном острове, экономили 150 млн. долларов США, кроме того, ускорили пуск скважин в эксплуатацию на 3 года.

Рисунок 5.5.

Рис. 3.4

На месторождении Pt. Pedernales Штата Калифорнии США пробурили 9 скважин с большим смешением вместо ранее запланированного проекта по бурению на искусственном острове, сэкономили 100 млн. долларов.

На Северном море Норвегии общая себестоимость бурения и освоения составляет 24 млн.долларов, а конкурентоспособный вариант по освоению скважины на дне моря примерно требует 27млн.200тысяч долларов США. Очевидно, бурение скважины с большим смещением позволяло сэкономить около 3.2 млн. долларов США. Дебит скважины С26А составляет больше 3425 тонн нефти в сутки.

В деле интенсификации добычи нефти важным резервом является повышение поверхности вскрытия продуктивного пласта и расширения зоны дренирования скважин. Один из путей такого способа интенсификации добычи нефти - создание дополнительных каналов в пласте для

значительного увеличения поверхности фильтрации и зоны дренирования. Это достигается разветвлением скважин и созданием дополнительных, резко искривленных пологих и горизонтальных стволов, которые расходятся на сотни метров по пласту. Такое вскрытие продуктивности пласта позволяет в десятки раз увеличить полезную протяжённость стволов в пласте, многократно повысить производительность скважин и нефтеотдачу пластов.

Бурение горизонтальных скважин успешно осуществлено в различных геолого-эксплуатационных условиях: Восточной и Западной Сибири, Татарстане, Башкирии и т.д. Необходимо отметить, что проводка горизонтальной скважины характеризуется замедлением темпа углубления ствола и удорожанием буровых работ. Вследствие увеличения протяжённости скважины за счет удлинения ствола в продуктивном пласте, роста накладываемых на технологию проводки скважин ограничений, а также усложнения буровых и геофизических работ, стоимость и продолжительность бурения горизонтальных скважин гораздо выше, чем у вертикальных скважин.

Однако, ввиду более значительного увеличения производительности скважины и повышения общей нефтеотдачи пласта бурение горизонтальной скважины экономически выгодно с точки зрения конечной цели строительства скважины.

Таблица 3.1. - Данные 8 скважин с большим смещением

Лекции 7-8 «Направленное и горизонтальное бурение»

Причины и механизм естественного искривления скважин.

Искривление буровых скважин обусловлено различными факторами, основными из которых являются геологические, технологические и технические. Все они связаны между собой причинно-следственной связью как специфической формой обусловленности явлений в природе, выражающейся в том, что любое отдельное явление или совокупность взаимодействующих явлений порождает другое явление и, наоборот, всякое явление связано с другим явлением или их группой.

При этом надо четко помнить, что каждое явление, непосредственно обусловливающее возникновение данного отдельного явления и выступающее как его источник, называется причиной, а явление, которое порождается

действием определенной причины,— следствием.

Влияние геологических условий в основном сводится к тому, что при бурении в породах, различных по физико-механическим свойствам, определяющим их буримость, скорость разрушения пересекаемых пород в отдельных точках забоя различна.

К основным геологическим условиям, которые вызывают искривление скважины, относятся: слоистость, сланцеватость, трещиноватость, анизотропность горных пород, перемежаемость пород различной твердости и степень наклона пластов к горизонту, пористость, зоны и участки мягких несцементированных или сильно разрушенных пород, различного рода дизъюнктивные нарушения, пустоты, твердые включения в мягких несцементированных породах и т. д.

Технологические условия связаны со способами и режимами, применяемыми при бурении. Они в основном определяются осевыми нагрузками на забой и частотой вращения породоразрушающего инструмента, которые ведут к неравномерным разработке стенок скважины и разрушению забоя. В свою очередь неравномерная разработка элементов скважины вызывает увеличение сил, отклоняющих низ бурильного инструмента от оси скважины, и уменьшение механических скоростей бурения.

К основным технологическим условиям, ведушим к искривлению ствола скважины, относятся в основном неравномерность разбури-ваемости ее стенок, силы, действующие на низ бурильного инструмента, и некоторые другие факторы.

Неравномерная разработка стенок скважин относится ко всем видам бурения и связана с тем, что породы, слагающие стенки скважины, различны по своему минералогическому составу и, следовательно, в разной степени сопротивляются воздействию на них режущих частей породоразрушающего инструмента.

Бурение шарошечными долотами характеризуется большей степенью разработки стенок скважины. При этом чем мягче порода и больше величина зубьев шарошек, тем больше диаметральная разбуриваемость стволов скважин. При бурении шарошечными штыревыми долотами в крепких породах разбуриваемость стенок, а следовательно, и величина искривления скважин значительно понижаются.

На отклонение скважин от заданного направления значительно влияют также технические условия. В результате применения бурильных компоновок неправильных конструкций, нерациональных размеров, плохого качества и т. д. в процессе бурения происходит интенсивная разработка стенок скважины, в результате чего увеличивается зазор между стенками скважин и низом бурильных компоновок, а следовательно, и возможность перекоса последних в стволе. Это ведет к отклонению оси скважины во время ее проходки, т. е возникает искривление ствола. К техническим условиям можно до некоторой степени отнести неправильную установку ротора

бурового станка или направляющей трубы и кондуктора. Однако эти условия ведут собственно не к искривлению скважины, а к неправильному заложению ее по отношению к заданному проектом направлению.

Технические условия, вызывающие искривление скважины в процессе бурения, в основном связаны с конструктивными особенностями компоновок низа бурильного инструмента, а также с неправильными приемами работы.

Ниже перечислены технические условия, вызывающие образование увеличенных зазоров между стенками скважины и низом бурильного инструмента и приводящие к искривлению ствола скважины

1.Бурение скаажин бурильной компоновкой с эксцентрично навинченным породоразрушающим инструментом или переводниками. При этом несоосность инструмента в скважине веде г к интенсивному разбуриванию стенок. Величина эксцентриситета в этом случае определяет степень разбуривания.

При бурении погнутыми ведущими трубами, особенно в мягких породах, наблюдается также усиление разработки стенок скважины.

2.Использование бурильного инструмента несоответствующих конструкций, особенно при смене диаметра скважины.

При переходе с большого диаметра на меньший, если применить обычную компоновку низа бурильного инструмента, ствол меньшего диаметра может быть забурен эксцентрично.

3.Применение бурильного инструмента несоответствующих конструкций при расширении ствола скважины также может привести к отклонению ствола скважины от требуемого направления.

4.К другим техническим условиям, способствующим возникновению искривления, относится, например, бурение не соответствующими данным условиям по длине компоновками бурильного инструмента (короткими турбобурами, особенно в часто перемежающихся породах различной твердости и т. д.), компоновками заниженных поперечных размеров, а также породоразрушающими затупившимися инструментами или несоответствующими по конструкции проходимым породам

К техническим условиям, вызывающим неправильное начальное направление скважины, относятся следующие.

1.Неправильная установка ротора. При бурении вертикальных скважин небольшой перекос ротора во время монтажа может привести к неправильному забуриванию скважины.

Подобные начальные отклонения оси скважины часто встречаются при бурении как вертикальных, гак и наклонно заданных скважин. При этом отклонения могут быть различными, а направление носит случайный характер.

2.Бурение скважины с неисправным ротором

3.Неправильная установка направляющей трубы или кондуктора.Плохо отцентрированные и закрепленные обсадные трубы (направление или

кондуктор) также могут вызвать отклонение оси скважины в самом начале бурения.

Таким образом, можно сделать следующие выводы.

1.Основная причина, непосредственно вызывающая искривление вертикальных скважин,— неравномерная разработка площади забоя в разных направлениях, что приводит в процессе бурения к смещению забоя в пространстве. В отношении наклонно заданных скважин такой причиной искривления является неравномерная разработка площади забоя по окружности и стенок скважин в призабойной зоне.

2.Неравномерное разрушение забоя происходит при определенных геологических и технологических условиях.

3.Неравномерное разрушение стенок наклонно проходимых скважин

впризабойной зоне вызывается действием силы тяжести бурильного инструмента.

4.Необходимое условие, которое приводит к искривлению сква жины,— несовпадение оси низа бурильного инструмента с осью скважины под действием отклоняющего усилия. Последнее возникает в нижней части бурильного вала при взаимодействии в основном изгибающих (от совместного действия центробежных сил и усилий веса) и скручиваю щих (от передачи вращательного момента породоразрушающему инструменту на забое) сил.

5. Геологические условия — основная причина, вызывающая искрив ление вертикально заданных скважин. ι

6. Технические условия, хотя и не приводят непосредственно к не - / равномерному разрушению забоя, играют большую роль в выполнении [ задач, поставленных перед скважиной.

Практика буровых работ показывает, что интенсивность искривления скважин в основном зависит от степени разбуривания ствола скважины. Чем больше разбуривание, тем больше возможностей проявления тех или иных условий для неравномерного разрушения забоя скважины.

В процессе проходки скважины низ бурильного инструмента благодаря своему сравнительно свободному положению в стволе будет стремиться стать перпендикулярно к плоскости забоя. Однако из-за несовпадения центра тяжести колонны бурильных труб с центром вращения колонна при вращении описывает окружность и ведет себя как конический маятник. Стенки скважины начинают разбуриваться, причем разбуриваемость будет тем значительнее, чем больше времени затрачивается на единицу проходки и чем мягче порода. По мере углубления скважина из прямолинейной становится криволинейной с определенным радиусом искривления, обусловленным в основном положением низа оси бурильного инструмента по отношению к оси скважины.

Величина отклонения этих осей друг от друга и определяет главным образом интенсивность искривления ствола, которая зависит от разбури-

ваемости стенок скважины.

Разработка стволов обусловлена углом встречи оси бурильного инструмента с плоскостью напластования пород. Особенно велико это различие при разбуривании сильно анизотропных пород, например различного рода сланцев.

Основная закономерность искривления скважин — приобретение ими при бурении определенных направления и положения в пространстве под влиянием тех или иных условий. Другой не менее важной закономер - ностью является изменение интенсивности искривления скважин в зависимости от действия ряда факторов.

Исходными данными для выявления закономерностей и интенсивности искривления скважин служат замеры зенитных и азимутальных углов. Чтобы этими данными можно было пользоваться и сравнивать их, замеры по всем скважинам следует проводить на одинаковых глубинах и через равные (одинаковые для всех скважин) интервалы.

В соответствии с законами больших чисел увеличение объема совокупности наблюдений или замеров приводит к получению более точных результатов. Учитывая, что данные по измерению искривления скважин изменяются в широких пределах, для выявления интересующих нас зависимостей необходимо иметь замеры не менее чем по 5—10 скважинам для каждой группы скважин, пройденных в сравнительно одинаковых геолого-технических условиях. При выявлении закономерностей для участков или месторождений в целом необходимо иметь замеры по более значительному количеству скважин в зависимости от сложности и изменчивости условий их проходки. В простых выдержанных по всему участку или месторождению условиях достаточно замеров по 10—15 скважинам; для более сложных меняющихся условий это количество должно быть не менее 20—25.

Анализ зависимости между прямыми (интенсивность искривления скважин) и косвенными (глубина или угол наклона скважин) показателями позволяет получить обобщенные данные об искривлении скважин, что имеет большое значение для определения закономерностей их искривления. При этом нужно учитывать следующее:

искривления скважин характеризуются определенными закономерностями, которые для разных месторождений различны;

интенсивность искривления в основном зависит от степени разбури-вания стенок скважин в процессе бурения;

степень разбуривания стенок скважин зависит от выбранного технологического режима. Оптимальному технологическому режиму, т. е. правильно выбранным осевой нагрузке, частоте вращения породоразрушающего инструмента, расходу промывочной жидкости соответствует меньшая степень разбуривания стенок скважины и, следовательно, меньшая интенсивность искривления;

интенсивность искривления зависит также от жесткости низа бурильного инструмента: чем он жестче, тем меньше темп искривления скважин;

при равных условиях скважины с большим диаметром искривляются меньше, чем с меньшим;

интенсивность искривления зависит от частоты воздействия геологических факторов, а также от угла наклона скважины к горизонту на данном интервале бурения;

в закономерном наборе зенитного угла большую роль играет угол падения пород: чем больше этот угол, тем больше интенсивность искривления скважин, заданных с поверхности под одним и тем же углом;

угол встречи, под которым породоразрушающий инструмент (ось инструмента) встречает плоскость напластования пород, также закономерно влияет на характер искривления. Для различных пород критический угол встречи будет также различным;

интенсивность искривления зависит главным образом от частоты действия геологических факторов;

при малых зенитных углах угол встречи оказывает большое влияние на направление искривления скважин: при углах встречи до 15° скважины подвержены сильному азимутальному искривлению, при углах встречи 15—20° и больше скважины искривляются преимущественно по восстанию пересекаемых пород;

при переходе из пород легкобуримых к породам с более высокими физикомеханическими свойствами или наоборот, иногда происходят незакономерные искривления скважин в горизонтальной плоскости;

при зенитных углах до 0—20° преобладает влияние геологических факторов, а свыше 20°—технологических условий, и скважины искривляются в горизонтальной плоскости вполне закономерно;

азимутальные и зенитные углы характеризуют искривление скважины в пространстве, поэтому между ними наблюдается определенная зависимость, тоже связанная с геологическими и технологическими условиями;

чем интенсивнее увеличение численных значений зенитного угла, тем выдержаннее и направление искривления;

кроме интенсивности искривления на направление искривления ствола скважины влияет величина зенитного угла в данном интервале. При зенитном угле до 20—25° происходит относительно большая стабилизация азимутального направления при той же интенсивности увеличения зенитного угла;

направление искривления скважин, пробуренных на синклинальных и антиклинальных складках, различно. Так, в пределах синклинали стволы скважины отклоняются в основном вверх по восстанию крыльев складки, а в пределах антиклинали — вверх по падению, если складка пологая. При крутых крыльях скважины отклоняются вниз по падению крыльев и реже

параллельно осевой плоскости складок; скважины при всех видах вращательного бурения искривляются

азимутально как вправо, так и влево; направление и интенсивность искривления скважин определяются их

положением по отношению к падению и простиранию пород, физикомеханическими свойствами отложений, величиной угла встречи оси низа бурильного инструмента с плоскостью напластования пород и направлением вращения породоразрушающего инструмента.

Таким образом, искривление скважин носит закономерный характер, зависящий прежде всего от геолого-структурных условий бурения и физикомеханических свойств пород, слагающих забой и стенки скважины. Получение достоверных данных о закономерностях искривления скважин имеет большое практическое значение, так как позволяет решать при выполнении буровых работ следующие основные задачи: бурение скважин с минимальными затратами средств; определение реальных норм искривления проектируемых скважин и значений начальных углов их заложения, контроль за пространственным положением проходимых скважин; построение профилей пробуренных скважин, геологических разрезов и карт.

Лекции 9-10 «Направленное и горизонтальное бурение»

Механизм и процессы искусственного искривления скважин.

В последние годы в Казахстане значительно увеличился объем бурения скважин с большими отходами от вертикали (СБО) и горизонтальных скважин (ГС).

Бурение наклонно направленных скважин с большими отходами от вертикали осуществляется для разведки и эксплуатации объектов, которые нельзя достичь с помощью обычных скважин.

Проводка горизонтальных скважин преследует цель увеличения дебитов скважин при разработке тонких и малопродуктивных пластов, малопроницаемых участков залежи, зон с вертикальной трещиноватостью коллектора, продуктивных пластов, имеющих определенные виды стратиграфических нарушений.

Общим для этих видов скважин является наличие протяженных участков с большими зенитными углами и связанные с этим особые требования к техническим средствам, средствам контроля за траекторией бурения технологии проводки скважин.

Совмещение СБО с горизонтальными участками в пределах продуктивного горизонта позволяет использовать преимущества обоих видов скважин: возможность достижения участков залежи, недоступных при