Искусственное отклонение скважин

Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ. Оно подразделяется на наклонное, горизонтальное, многозабойное (разветвленно-наклонное, разветвленно-горизонтальное) и многоствольное (кустовое) бурение. Бурение этих скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, увеличивает нефтегазоотдачу пластов, снижает капиталовложения и уменьшает затраты дорогостоящих материалов.

Искусственное отклонение применяется в следующих случаях (рис. 6.5):

1) при вскрытии нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;

2) при отклонении ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;

3) при проходке стволов на нефтеносные горизонты, залегающие под соляными куполами, в связи с трудностью бурения через них;

4) при необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений промывочной жидкости;

5) при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, озер, каналов и болот, под жилыми или промышленными застройками, в пределах территории населенных пунктов;

6) при проходке нескольких скважин на продуктивные пласты с отдельных буровых оснований и эстакад, расположенных в море или озере;

Рис. 6.5. Примеры применения наклонного бурения скважины:

1 – проходка с морского основания; 2 – разбуривание морского нефтяного месторождения с берега;
3 – отклонение ствола скважины от сбросовой зоны (зоны разрыва) по направлению к нефтеносному участку; 4 – проходка наклонной скважины, забой которой будет расположен под участком, недоступным для установки буровой; 5 – бурение на нефтеносные пласты моноклинального типа; 6 – бурение
вспомогательной наклонной скважины для ликвидации пожара или открытого фонтана; 7 – уход
в сторону при аварии; 8 – проходка наклонных скважин в районе залегания соляного купола;
Н – нефть; Г – газ; С – соль; В – вода

7) при проходке скважин на продуктивные пласты, расположенные под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы);

8) при необходимости ухода в сторону новым стволом, если невозможно ликвидировать аварию в скважине;

9) при забуривании второго ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;

10) при необходимости бурения стволов в процессе тушения горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;

11) при необходимости перебуривания нижней части ствола в эксплуатационной скважине;

12) при необходимости вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов;

13) при кустовом бурении на равнинных площадях с целью снижения капитальных затрат на обустройство промысла и уменьшения сроков разбуривания месторождения;

14) при бурении с целью дегазификации строго по угольному пласту, с целью подземного выщелачивания, например, калийных солей и др.

Искусственное отклонение скважин в нефтяном бурении в основном осуществляют забойными двигателями (турбобуром, винтовым двигателем и реже электробуром) и при роторном способе бурения.

В настоящее время применяют следующие основные способы искусственного отклонения скважин.

Использование закономерностей естественного искривления на данном месторождении (способ типовых трасс). В этом случае бурение проектируют и осуществляют на основе типовых трасс (профилей), построенных по фактическим данным естественного искривления уже пробуренных скважин. Способ типовых трасс применим только на хорошо изученных месторождениях, при этом кривизной скважин не управляют, а лишь приспосабливаются к их естественному искривлению. Недостаток указанного способа – удорожание стоимости скважин вследствие увеличения объема бурения. Необходимо также для каждого месторождения по ранее пробуренным скважинам определять зоны повышенной интенсивности искривления и учитывать это при составлении проектного профиля. Управление отклонением скважин посредством применения различных компоновок бурильного инструмента. В этом случае, изменяя режим бурения и применяя различные компоновки бурильного инструмента, можно, с известным приближением, управлять направлением ствола скважины. Этот способ позволяет проходить скважины в заданном направлении, не прибегая к специальным отклонителям, но в то же время значительно ограничивает возможности форсированных режимов бурения.

Направленное отклонение скважин, основанное на применении искусственных отклонителей: кривых переводников, эксцентричных ниппелей, отклоняющих клиньев и специальных устройств. Перечисленные отклоняющие приспособления используются в зависимости от конкретных условий месторождения и технико-технологи-
ческих условий.

Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение оси ствола от вертикали по вполне определенной кривой, называются наклонными или наклонно направленными.

Отклоняющие средства

Отклоняющие средства используются для корректирования профиля скважин, для создания дополнительных стволов при многозабойном бурении, при ликвидации аварий, т. е. в тех случаях, когда возникает необходимость отхода от данного направления скважины с использованием искусственного способа ее искривления.

При роторном бурении процесс искусственного искривления ствола скважины представляет собой последовательные зарезки (уходы в сторону). Для этого применяют клиновые отклонители: неизвлекаемые клинья, съемные клинья, отклоняющие клиновые снаряды и др.

Клиновые отклонители бывают открытого и закрытого типа. Первые обеспечивают искривление скважины без потери диаметра, вторые – при обязательном переходе на следующий, меньший диаметр.

Клиновые отклонители характеризуются: 1) простотой конструкции, 2) небольшим углом искривления (до 3–3,5°), 3) длительностью цикла работ, связанных с отклонением скважины. Они могут быть неизвлекаемые и извлекаемые.

Простой неизвлекаемый клин состоит из корпуса, в верхней части снабженного желобом. С помощью неизвлекаемого клина может быть произведено только одноразовое искривление скважины. При неориентируемой установке его опускают в скважину свободным сбрасыванием.

Клин может быть поставлен на естественный и искусственный забой. После сбрасывания или ориентированной постановки клина на забой его раскрепляют: 1) заклиночным материалом; 2) специальными распорными устройствами; 3) постановкой клина на специальный подпятник; 4) цементированием; 5) закреплением смолами.

Разновидностью простого клина является самоориентирующийся клин, состоящий из собственно клина и утяжелителя. В наклонной скважине утяжелитель всегда устанавливается в плоскости ее наклона. При этом желоб может быть развернут в любом необходимом направлении. Однако точность установки клина таким образом невелика.

Для отклонения дополнительных стволов скважин от основного при многозабойном бурении были разработаны аналогичные по конструкции неизвлекаемые стационарные отклоняющие клинья двух диаметров 73 и 57 мм: КОС-73 и КОС-57 с углом скоса желоба 2° 30'.

Ориентирование клина может быть произведено с помощью ориентаторов.

В отличие от стационарных съемные клинья и отклоняющие клиновые снаряды обеспечивают многократное искривление скважины в любом направлении по α и φ с естественного забоя. К этой группе отклонителей относятся: 1) съемные клинья и 2) отклоняющие снаряды. Отклонение с их помощью производится в две стадии: а) бурение пилот-скважины и б) последующее ее расширение до окончательного диаметра.

Бесклиновые отклонители, как и клиновые, составляют весьма значительную группу. Обычно их делят на: 1) отклонители разового действия; 2) отклонители периодического действия; 3) отклонители непрерывного действия, например турбобур с кривым переводником, снаряд ТЗ и др.

Наиболее широкое применение в практике буровых работ в последнее время получили отклонители с шарнирным устройством: 1) с опорой на коронку и 2) с промежуточной опорой.

При турбинном бурении возможно непрерывное искривление ствола скважины с использованием при компоновке низа бурильной колонны кривой трубы, кривого переводника, отклонителей типа Р-1, турбобура с эксцентричным ниппелем, искривленных забойных двигателей.

Для получения отклоняющего усилия на долоте в процессе наклонно-направленного бурения турбобуром может быть использована различная компоновка низа бурильной колонны.

Одной из первых конструкций отклонителей является кривая тpyба, представляющая собой изогнутую бурильную толстостенную трубу. Изогнутая бурильная труба устанавливается непосредственно над турбобуром. При спуске бурильной колонны в скважину кривая труба деформируется, в ней и в колонне труб возникают силы упругости, вследствие чего долото прижимается к стенке скважины.

Кривая труба вследствие недостаточной жесткости не обеспечивает набора больших углов наклона. При ее помощи достигаются искривления стволов до 20–25°. Изогнутые бурильные трубы трудно транспортировать, сложно изготовлять с требуемым углом изгиба, а в процессе эксплуатации они теряют первоначальный угол.

В практике чаще применяют кривой переводник, который крепится непосредственно к турбобуру. Кривой переводник работает на том же принципе, что и кривая труба, но угол перекоса его может быть выдержан с достаточной степенью точности, а малые габаритные размеры облегчают перевозку и эксплуатацию. Кривой переводник также имеет серьезные недостатки: темп набора угла наклона в значительной степени зависит от режима бурения, жесткости и веса бурильных труб, расположенных над ним, а также от фактического диаметра ствола скважины.

Кривой переводник следует применять в сочетании с нормальным серийным турбобуром для набора углов наклона до 40–45°. Этот же отклонитель в комплекте с коротким турбобуром может быть использован для набора углов наклона до 90° и выше.

В качестве отклонителя применяют также эксцентричный ниппель. Он выполняется в виде накладки, наваренной на ниппель турбобура. Конструкция эксцентричного ниппеля предусматривает превышение расстояния от оси турбобура до края накладки по сравнению с радиусом долота до 5 мм. Эксцентричный ниппель можно применять для набора весьма значительных углов наклона и при необходимости исправления с большой точностью. Следует иметь в виду, что при использовании эксцентричных ниппелей возрастает опасность прихвата инструмента.

Наиболее широко при турбинном способе бурения применяется отклонитель Р-1, представляющий собой отрезок УБТ, оси присоединительных резьб которого перекошены по отношению к оси трубы. Перекосы выполнены в одной плоскости и направлены в одну сторону. Устанавливают его непосредственно над турбобуром. Отклонитель Р-1 применяют для набора угла наклона до 90° и выше, изменения азимута искривления ствола, зарезок вторых стволов с цементного моста и из открытого ствола. Темп набора угла наклона, получаемый при помощи отклонителя Р-1, достаточно равномерен и практически не зависит от режима бурения.

Наряду с перечисленными выше типами отклонителей в настоящее время для искривления стволов скважин успешно применяют искривленные забойные двигатели – кривой электробур и кривой секционный турбобур. Кривизна забойных двигателей достигается заменой обычных соединительных надставок надставками, искривленными на 1,5–2°.