Морские наклонно направленные скважины

Наклонно направленные скважины

Скважины, для которых проектом предусматривается опре­деленное отклонение забоя от вертикали, а ствол проводится по заранее заданной траектории, называются наклонно направленными.

Наклонные скважины бурят, когда продуктивные пласты за­легают под акваториями морей, озер, рек, под территориями населенных пунктов, промышленных объектов, в заболоченной мест­ности, а также для удешевления строительства буровых сооружений.

Разработанные в настоящее время виды профилей для наклон­но направленных скважин делятся на две группы: профили обычного типа (представляющие собой кривую линию, лежащую в вертикаль­ной плоскости) и профили пространственного типа (в виде пространственных кривых).

Типы профилей наклонно направленных скважин обычного типа приведены на рис. 4. Профиль типа А состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2 и прямо­линейного наклонного участка 3. Его рекомендуется применять при бурении неглубоких скважин в однопластовых месторождениях, если предполагается большое смещение забоя.

Профиль типа Б отличается от предыдущего тем, что вместо прямолинейного наклонного участка имеет участок 4 естественного снижения угла наклона. Данный профиль рекомендуется применять при больших глубинах скважин.

Рис. 4. Типы профилей наклонно-направленных скважин:

1 – наклонный участок; 2 – участок набора угла наклона ствола; 3 – прямолинейный наклонный участок; 4 – участок снижения угла наклона ствола.

Профиль типа В состоит из пяти участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2, прямолинейного наклонного участка 3, участка снижения угла наклона 4 и снова — вертикального 1. Его рекомендуется применять при проводке глубоких скважин, пе­ресекающих несколько продуктивных пластов.

Профиль типа Г отличается от предыдущего тем, что в нем участки 3 и 4 заменены участком самопроизвольного снижения угла наклона 4. Данный профиль рекомендуется применять при бурении глубоких скважин, в которых возможны отклонения в нижней части ствола скважины.

Профиль типа Д состоит из вертикального участка 1 и участ­ка набора угла наклона ствола 2. Для него характерна большая длина второго участка. Профиль рекомендуется при необходимости выдер­жать заданный угол входа в пласт и вскрыть его на наибольшую мощность.

Как видно из рис. 4., все типы профилей в начале имеют вертикальный участок. Его глубина должна быть не менее 40. 50 м. Окончание вертикального участка приурочивают к устойчивым по­родам, где можно за один рейс набрать зенитный угол 5. О градусов.

Для отклонения скважины от вертикали применяют специ­альные отклоняющие приспособления: кривую бурильную трубу, кривой переводник, эксцентричный ниппель и отклонители различ­ных типов.

В последние годы все большее распространение получают вер­тикальные и наклонные скважины, имеющие горизонтальные окончания большой протяженности. Это делается для тою, чтобы уве­личить площадь поверхности, через которую в скважину поступает нефть и. соответственно увеличить дебит. Одновременно стало воз­можным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее неизвлекаемой, вследствие малой мощности и низкой прони­цаемости продуктивного пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной эксплуатации.

На большинстве нефтяных площадей при горизонтальном бурении наиболее распространен проектный профиль, состоящий из четырех участков:

— набора зенитного угла с помощью отклонителя;

— стабилизации зенитного угла;

-регулируемого снижения зенитного угла.

Разновидность четырех — интервального – профиль, содержащий следующие участки:

— интенсивного набора зенитного угла с помощью отклонителя;

— набора зенитного угла с пониженной интенсивностью при помощи неориентируемой компоновки;

— стабилизации зенитного угла;

— уменьшения зенитного угла.

При бурении скважины с небольшим смещением от вертикали участок набора зенитного угла отклонителем проектируется в интервале бурения скважины под кондуктор. В случае необходимости отклонения скважины на значительные расстояния после кондуктора производится набор зенитного угла неориентируемыми компоновками до проектной величины.

При бурении горизонтальных скважин проектируются также трех-интервальные профили, состоящие из:

— участка набора зенитного угла;

— прямолинейного горизонтального участка.

Разновидностью трех-интервального профиля является профиль, состоящий также из:

— участка набора зенитного угла;

— участка падения зенитного угла.

Такой профиль можно применять в районах, где естественное снижение зенитного угла невелико, а также при бурении скважин большой глубины, в которых ориентирование отклоняющих устройств затруднено. Типовые проектные профили скважин, как правило, — плоские, т.е. их бурение предполагается в одной вертикальной плоскости, совпадающей с азимутальным направлением скважины.

В процессе проведения каждого из вышеназванных участков – вертикального, стабилизации, набора или падения зенитного угла – могут возникнуть принципиально три задачи управления зенитным искривлением: обеспечение заданного зенитного угла или стабилизация, увеличение зенитного угла или набор кривизны, уменьшение угла или спад кривизны.

Было установлено, что направление отклоняющей силы зависит от соотношения сил тяжести полуволны нижней свечи и забойной компоновки.

Расчетная или выбранная длина забойной компоновки, обеспечивающая равновесие КНБК, — соответственно стабилизацию угла – эта длина и есть стабилизирующая длина компоновки низа бурильной колонны L_ст:

Первая стабилизирующая длина КНБК L_ст1, равновесная одной (L_т) полуволне бурильной колонны (рисунок 4. б)

На рисунке 4. б схематически показано равновесие КНБК, где показана забойная компоновка с одной (м=1, м-количество полуволн) полуволной L_то и соответственно – первой стабилизирующей длиной компоновки L_КНБК = L_СТ1.

Если неориентируемую компоновку роторного бурения и полуволну нижней свечи уравновесить, КНБК оказывается в условиях динамического равновесия, — плоскость, проходящая через эти реакции, совершает круговое движение, перпендикулярное оси и меняет свое положение, поворачиваясь на 360 0 , и долото равномерно разрушает поверхность забоя тоже перпендикулярно оси, т.е. стабилизирует зенитный угол скважины (рисунок 4. б);

Если забойная компоновка тяжелее полуволны нижней свечи, то точка касания последней находится на висячей стенке (рисунок 4. в) и реакция – направлена в сторону лежачей стенки — соответственно отклоняющая сила вызывает разрушение висячей стенки забоя, т.е. набор кривизны;

Если забойная компоновка легче полуволны, то точка касания последней находится на лежачей стенке — реакция направлена в сторону висячей стенки, соответственно отклоняющая сила вызывает разрушение лежачей стенки забоя, т.е. спад кривизны (рисунок 4. а).

Представим себе второй вариант, когда КНБК будет состоять из двух (м=2) полуволн (рисунок 4 г), т.е. когда 2L_СТ3 нижней свечи бурильной колонны – с одной стороны (относительно) переводника как опорной точки) и в противовес им – с другой стороны будет соответственно – вторая стабилизирующая длина компоновки L_КНБК = L_СТ2.

Вторая стабилизирующая длина КНБК L_СТ2 , равновесная двум (2 L_т) полуволнам бурильной колонны (рисунок 4. г):

При роторном бурении компоновка второй стабилизирующей длины L_СТ2, находясь преимущественно под действием геологических факторов, вызывает отклонение скважины в направлении естественного искривления, т.е. в условиях месторождения Жанажол – спад кривизны.

То же самое относится к компоновке L_СТ3.

Третья стабилизирующая длина КНБК L_СТ3, равновесная трем (3L_т) полуволнам бурильной колонны:

где L_т, 2L_{т и} 3L_т — количество и длина полуволн нижней свечи бурильной колонны, уравновешивающих КНБК, м,

Р_т и Р_кнбк — вес 1 м соответственно бурильной колонны и забойной компоновки, кН (Таблица 1).

Таблица 1 — Параметры бурильной колонны Р_т и КНБК (Р_КНБК)

Источник

БНГС_лекции_шпоргалки / Лекции / лек11 / лек11

Лекция 11 13.05.11

Бурение наклонно направленных скважин

Скважины бурятся для достижения нужной точки продуктивной зоны. При разработке морских месторождений (Рис. 1)

А — проложение скважины.

Бурение с морской платформы.

Иногда нет возможности построить установку в нужном месте, в этом и помогают наклонно направленные скважины.

Сегодня наклонно направленное бурение представляет собой: (Рис. 2)

• Высота всех смежных сооружений должны составлять не более 10 м. выше чем бурильная установка.
• Площадь территории не менее 1.5-2 гектара.
• Монтаж установки занимает 1.5- 2.5 месяца.

Поэтому применяют способ кустового бурения скважин.(Рис. 3) Заключается в том: Пробурив 1 скважину, буровая установка переезжает в другую позицию. Расстояние передвижки зависит:

1. от числа скважин в кусте,
2. от профиля скважины
3. от геологических условий
4. от технологий бурения.

В западной Сибири 5 м. На Урале 15 м. Расстояние между забоями крайних кустов может составлять до 2.5 км. Число скважин в кусте 2-35. Бурение наклонно направленной скважин — несколько дороже вертикальной, занимает больше времени, и требует применения более сложной технологии. Составляется план куста скважин, на котором указывается:

1. положение устьев скважин
2. вертикальные проекции их стволов с указанием их азимутов
3. очерёдность бурения
4. номера скважин
5. расстояние между устьями
6. направление передвижки (ось куста)
7. проектные азимуты у каждой скважины
8. проложение А.

При роторном способе тоже бурят наклонные скважины, но требует более сложной технологии и точности бурильного инструмента. В основном в Америке. В России преимущественно бурят турбинным способом. Такой способ упрощает технологию. Для прокладки применяют турбобуры или объемные двигатели. ОД — более технологичны. Меньшие размеры, большую мощность, высокий момент. Что нужно чтобы отклонить ствол в нужном направлении, нужно в компоновку вести отклонитель. (Рис. 4) Отклонители:

1. кривые переводники (резьбы с перекосами 1-4 °).
2. Отклонитель — имеет большую длину, резьбы которого так же имеют перекос.
3. Иногда на турбобур ставят накладку, кот. Отклоняет его в нужную сторону.
4. Для секционных турбобуров используются отклоняющие устройства: переводник кот. Соединяет корпуса и их валы, смещение резьб 1.5-2°.

В промышленности используют ТО, турбобуры с кривыми переводниками, винтовые ЗД — в которых есть приспособления для искривления угла. Определение пространственного положения любой точки ствола наклонно направленной скважины. Рис5* Замеры углов азимута и зенитного угла производится специальными партиями (организациями). Приборы: Инклинометр. Самостоятельно — первичные и вторичные вскрытия горизонтов, буровые установки и буровое оборудование. Инклинометры бывают 2 типов.

1. На свойствах магнитного и гравитационного поля земли.(магнитная стрелка и отвес)
2. Вращающийся маховик. Скорость вращения 20000 об/мин. Его ось вращения остаётся в том положении в котором её раскрутили.
3. Последние 20 лет применяются телеметрические системы. Комплекс приборов которые меряют угол и азимут.

Профили наклонно направленных скважин. Профилем называется горизонтальная проекция ствола скважины. (Рис6) Самопроизвольное искривление скважины. (Рис. 7) Δi – изменение набора зенитного угла. Δi = 1.5 0 /10 (темп набора или падения кривизны) Условно вертикальная скв с отклонением не более 1-2 градуса. Негативное влияние:

1. Нарушение сетки бурения.
2. Затрудняется спуск ОК и их цементирования.
3. Осложняется ремонт скважины и работа оборудования.
4. Жолобообразование при бурении.
5. Осложняется отбор керна.
6. Удлиняется ствол скважины.
7. Усложняется ликвидация аварии.
8. Потеря нагрузки на долото.
9. Увеличивается стоимость скв.

Причины искривления: 1. Геологические.

• неоднородность пород слагающих разрез скважины. (Разные физик механические свойства)
• наклонное залегание пластов.
• полости и каверны.
• анизотропия — различные свойства в зависимости от направления. (Рис. 8)

2. Технологические причины

• несоосность вышки и ротора. (Не центрация допускается 50 мм.)
• если имеем при изготовлении УБТ и переводников изогнутые трубы.
• несоосность резьб.
• превышение нагрузки на долото.

Предупреждение искривления: 1. Компоновка низа БК должна быть максимально жёсткой. 2. Жёсткая БК иногда дополнительно центрируется переводниками имеющими рёбра жёсткости, калибраторами и центраторами. 3. Обеспечить соосность вышки и ротора 4. Регулировать осевую нагрузку на долото. 5. Постоянный контроль отклонения оси скважины. В пермском крае есть норматив, что наклон нужно замерять через каждые 50 м. Спуск инклинометра (Рис. 9)

Источник