Конструкция горизонтальной скважины на нефть и газ. Особенности бурения горизонтальных скважин
Бурение необходимо применять при строительстве большого числа сооружений, оно применяется при постройке водопроводных систем и для добычи полезных ископаемых. Скважина представляет собой горную выработку цилиндрической формы.
Одним из видов скважин являются горизонтальные скважины, они необходимы в нефтедобыче и в тех случаях, когда скважину нужно проложить в населенной местности, к примеру, под дорогой.
Длина таких скважин намного больше их ширины, ее верхнюю часть называют устьем, а нижнюю - забоем. Стволом конструкции являются стены. Бурение горизонтальных скважин экологично и не наносит серьезного вреда экологии.
Обычно у этой конструкции прямой угол отклонения, но так как идеально прямых линий нет, и не может быть, то нужно бурить стволы по траектории, приближенной к оптимальной.
Преимущество этих скважин в том, что они позволяют получить намного больше нефти, чем вертикальные. Это более дорогое, но продуктивное бурение. Горизонтальная скважина обычно является добывающей, но может быть нагнетательной.
Бурение горизонтальных скважин
При бурении горизонтальной скважины, важно правильно определить нужное количество колонн и глубину установки «башмаков», для этого нужно знать точное количество зон, где невозможно провести ствол по причине неустойчивости пород.
Перед приоткрытием продуктивных и производительных горизонтов, предусмотрите спуск одной колонны, чтобы не было разрыва пород.
- Различие между диаметром колонн и скважин нужно подбирать, учитывая значения, определенные практикой бурения, чтобы спуск колонны был легким и обеспечивалось прочное и качественное цементирование. Когда принимается решение о том, что бурим скважину важно знать эти нюансы.
- Перед началом бурения нужно провести анализ проб грунта, чтобы определить, возможно ли бурение в данном месте. От свойств грунта зависит глубина залегания труб. На основании анализа необходимо получить все нужные разрешения для работы.
- Далее нужно сделать пилотную скважину. Пилотная скважина это обычный пробный прокол. Для ее бурения требуется небольшая буровая головка, соединенная со специальной штангой. С ее помощью можно контролировать и корректировать прокладку траншеи.
- Штанга — это длинная труба, одна ее секция может достигать 3 м. Для такого бурения требуются головки только с алмазным напылением.
- В саму головку должен быть встроен особый передатчик, сигналы которого поступали бы на приемное устройство, если техника собьется с маршрута, это будет отражено на дисплее и все ошибки можно легко устранить.
Для расширения скважины нужно использовать специальный расширитель, он протягивается в обратном направлении, он необходим, чтобы срезать лишние слои грунта. Для того чтобы в скважину можно было легко вводить трубы, ее диаметр должен быть на 40% больше ширины трубы.
После окончания бурения скважины, в нее нужно проложить трубы. Расширитель притягивается с конца скважины, а к нему присоединяется захват для трубы.
Очень важно и правильно обустройство скважины, в них обычно используются полимерные трубы, они долговечны и сохраняют физическую и химическую стабильность.
Если вы пробурили скважину для прокладки коммуникаций, по которым будет течь горячая жидкость, либо химически агрессивные составы, лучше использовать металлические трубы, так как пластики начнут крошиться, разрушаться и не выдержат нагрузку.
После окончания работ нужно подготовить всю необходимую документацию и сдать объект на приемку.
Эту работу могут выполнять только квалифицированные инженеры, которые могут технически обосновать все произведенные мероприятия, коммуникации должны быть точно привязаны к местности, точно так, как это указано в документах.
С экономической точки зрения, горизонтальные скважины весьма выгодны, для их бурения не требуется много персонала, поэтому можно сэкономить на зарплате. Часто бурение может провести бригада, состоящая из 3 человек.
Этот метод позволит проложить трубу под оживленной магистралью буквально в течении нескольких часов, при этом не будет разрушено ее покрытие, также сократятся затраты на оборудование и инструменты, хотя существуют, конечно, и другие способы бурения скважин.
Если заранее позаботиться о согласительной документации, то можно заранее получить информацию об имеющихся под землей кабелях, то есть, не нужно будет ремонтировать поврежденные коммуникации.
Для бурения таких скважин, необходимо особое оборудование с высокими прочностными характеристиками, на рынке есть как российское, так и иностранное такое оборудование.
Что касается прочности, то российское оборудование превосходит зарубежные аналоги, кроме того, оно и дешевле. Оно отлично адаптировано под российские условия бурения. Для него проще приобретать запчасти и оно обеспечит весьма серьезную экономию.
Горизонтальные скважины эффективно использовались в следующих случаях:
- 1. В трещиноватых коллекторах горизонтальные скважины использовались для того, чтобы пересечь трещины с целью эффективного дренирования коллектора (примеры: Bakken formation, Северная Дакота, США; Austin Chalk, Штат Техас, США и Devonian Shale, Западная Вирджиния, США).
- 2. В коллекторах с опасностью водных и газовых прорывов горизонтальные скважины использовались, чтобы минимизировать проблемы обводнения и повышать нефтедобычу (например: месторождение Rospo Маге, морское бурение, Италия; месторождение Helder, морское бурение, Нидерланды; месторождение Bima, Индонезия; Prudhoe Bay, Штат Аляска, США и Empire Abo Unit, Новая Мексика, США).
- 3. При добыче газа горизонтальные скважины могут использоваться как в коллекторах с низкой проницаемостью, так и в коллекторах с высокой проницаемостью. В низко-проницаемых коллекторах горизонтальные скважины могут улучшить дренажную зону и сократить число скважин, которые требуются для дренирования коллектора. В коллекторах с высокопроницаемым коллектором, где скорости газа в прискважинной зоне высоки в вертикальных скважинах, горизонтальные скважины могут использоваться для того, чтобы снизить скорости газа в прискважинной зоне. Таким образом, горизонтальные скважины могут использоваться для уменьшения турбулентности в прискважинной зоне и увеличения производительности скважины в коллекторах с высокой проницаемостью. Недавнее применение технологии горизонтального бурения на газовом месторождении Zuidwal в Нидерландах подтверждает эффективность горизонтальных скважин в снижении турбулентности в прискважинной зоне.
- 4. Горизонтальные скважины использовались для увеличения нефтеотдачи пласта, особенно с применением термических методов воздействия на пласт. Длинная горизонтальная скважина обеспечивает большую область контакта с коллектором и поэтому повышает приемистость нагнетательной скважины. Это особенно выгодно в тех случаях увеличения нефтеотдачи, когда приемистость является проблемой. Горизонтальные скважины также использовались как эксплуатационные.
Надлежащая ориентация горизонтальных скважин, особенно в трещиноватых коллекторах, может также повысить эффективность вытеснения при интенсификации нефтеотдачи пласта. С недавних пор горизонтальные скважины используются в обводненных районах для закачки полимеров и других агентов для повышения эффективности вытеснения нефти.
Другие случаи применения горизонтальных скважин связаны, главным образом, с преодолением финансовых проблем, обусловленных бурением. На морских месторождениях, на отдаленных месторождениях в чувствительных к загрязнениям областях, где стоимость проекта может быть снижена только путем сокращения до минимума числа скважин, которые требуются для дренирования данного коллектора, горизонтальные скважины очень предпочтительны. В этих случаях горизонтальные скважины обеспечивают уникальные преимущества. Например, при бурении морских скважин затраты на содержание платформы пропорциональны количеству скважин, которые можно пробурить с этой платформы. Протяженные горизонтальные скважины могут использоваться не только для того, чтобы сократить число скважин, требуемых для дренирования данного объема коллектора, но они могут также увеличить объем коллектора, который может быть дренирован с Одной платформы, и значительно сократить проектные затраты. Аналогично в чувствительных к загрязнению областях и на месторождениях, находящихся под городами, горизонтальные (скважины могут использоваться для дренирования большого объема коллектора с минимальным поверхностным ущербом с позиций экологии).
Таблица 1.1 Пробуренные горизонтальные скважины
|
Компания * |
Месторождение |
Кол-во скважин |
|
|
ЯРЕГА, СССР |
|||
|
LEO RANNEY, et al. |
McCONNESVILLE, OHIO |
||
|
FRANKLIN HENRY FIELD, VENAGO COUNTY, PENNSYLVANIA |
|||
|
ROUND MOUNTAIN FIELD, KERN COUNTY, CALIFORNIA |
|||
|
NEW TECH OIL, MALTA, OHIO |
|||
|
MIDWAY SUNSET, SAN JOAQUIN VALLEY, CALIFORNIA |
|||
|
VENEZUELAN OIL CONCESSIONS,LTD |
LA PAS FIELD, WESTERN VENEZUELA. |
||
|
LONG BEACH OIL DEVELOPMENT CO |
LOS ANGELES BASIN AREA (WILMINGTON FIELD) |
||
|
MAPKOBO, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ, СССР |
|||
|
COLD LAKE, ALBERTA |
|||
|
TISDALE, WYOMING |
|||
|
FORT McMURRY, ALBERTA |
|||
|
NORMAL WELLS UNDER McKENZIE RIVER, ALBERTA, CANADA |
|||
|
ELF-AQUITAINE ELF-AQUITAINE |
LACQ FIELD,SOUTHWEST FRANCE LACQ FIELD, SOUTHWEST FRANCE |
||
|
ELF-AQUITAINE ELF-AQUITAINE |
ROSPO MARE, OFFSHORE ITALY CASTERLA LOU, SOUTH FRANCE |
||
|
EMPIRE ABO UNIT, NEW MEXICO |
|||
|
EMPIRE ABO UNIT, NEW MEXICO |
|||
|
LEHRTE FIELD, W.GERMANY |
|||
|
COLD LAKE, ALBERTA |
|||
|
FAZENDA BELAM FIIELD |
|||
|
McMULLEN CO., TEXAS |
|||
|
GLASSOCK CO., TEXAS |
|||
|
PRUDHOE BAY, ALASKA |
|||
|
NIAGARAN REEF TREND RESERVOIR, MUSKEGAN COUNTY, MICHIGAN |
|||
|
TEXAS EASTERN SKYLINE |
GRASSY TRAIL, UTAH |
||
|
JAVA SEA, RAMA 1-7 |
|||
|
AUSTIN CHALK, ROCKWELL COUNTY, TEXAS |
|||
|
SPRABERRY TREND, TEXAS |
|||
|
WAYNE COUNTRY, WEST VIRGINIA |
|||
|
САЛЫМСКОЕ, ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ |
Для большинства людей, иметь свою нефтяную или газовую скважину - значит решить финансовые проблемы на всю оставшуюся жизнь и жить ни о чем не думая.
Но так ли просто пробурить скважину? Как она устроена? Этим вопросом, к сожалению, мало кто задается.
Буровая скважины 39629Г находится совсем недалеко от Альметьевска, в поселке Карабаш. После ночного дождя, все вокруг в тумане и перед машиной то и дело пробегали зайцыJ
И вот, наконец, показывалась сама буровая. Там нас уже ждал мастер буровой - главный человек на площадке, он принимает все оперативные решения и несет ответственность за все происходящее при бурении, а также - начальник управления буровых работ.
Принципиально, бурением называют разрушение горных пород на забое (в нижней точке) и извлечение разрушенной породы на поверхность. Буровая представляет собой комплекс механизмов, таких как буровая вышка, буровые насосы, системы очистки бурового раствора, генераторы, жилые помещения и т.д.
Буровая площадка, на которой расположены все элементы (о них мы поговорим ниже) - это очищенная от плодородного слоя земли и отсыпанная песком зона. После завершения работ этот слой восстанавливают и, таким образом, существенный вред экологии не наносится. Слой песка - обязателен, т.к. глина при первых дождях превратится в непроходимую жижу. Я сам видел, как в такой жиже застревали многотонные Уралы.
Но обо всем по порядку.
На скважине 39629Г установлен станок (собственно вышка) СБУ-3000/170 (стационарная буровая установка, максимальная грузоподъемность 170 тонн). Станок произведен в Китае и выгодно отличается от того, что я видел раньше. В России тоже производятся буровые, но китайские станки дешевле как в закупке, так и в обслуживании.
На этой площадке ведется кустовое бурение, оно характерно для горизонтальных и наклонно-направленных скважин. Такой тип бурения заключается в том, что устья скважин расположены на близком расстоянии друг от друга.
Поэтому буровой станок оборудован системой самоперемещения по рельсам. Система работает по принципу «тяни-толкай» и станок как бы передвигает сам себе с помощью гидроцилиндров. На перемещение с одной точки до другой (первые десятки метров) со всеми сопутствующими операциями уходит пара часов.
Поднимаемся на рабочую площадку буровой. Здесь собственно и происходит большая часть работы буровиков. На фото видны трубы буровой колонны (слева) и гидравлический ключ, при помощи которого колонна наращивается новыми трубами и продолжает бурение. Бурение происходит благодаря долоту на конце колонны и вращению, которое передается с помощью ротора.
Особый восторг у меня вызвало рабочее место бурильщика. Когда-то давно, в Республике Коми, я видел бурильщика, который управлял всеми процессами с помощью трех ржавых рычагов и собственной интуиции. Чтобы сдвинуть рычаг с места, он буквально повисал на нем. В итоге, буровой крюк чуть было не зашиб его.
Здесь же бурильщик подобен капитану космического корабля. Он сидит в изолированной кабине, в окружении мониторов и управляет всем с помощью джойстика.
Само собой, кабина отапливается зимой и охлаждается летом. Кроме того, на крыше,тоже стеклянной, предусмотрена защитная сетка на случай падения чего-нибудь с высоты и дворник для очистки стекла. Последний вызывает у буровиков неподдельный восторг:)
Лезем наверх!
Кроме ротора, буровая оборудована системой верхнего привода (сделана в США). Эта система объединяет в себе крановый блок и ротор. Грубо говоря, это кран с приделанным к нему электродвигателем. Система верхнего привода является более удобной, быстрой и современной, нежели ротор.
Видео как работает система верхнего привода:
С вышки открывается отличный вид на площадку и окрестности:)
Кроме красивых видов, в верхней точке буровой можно обнаружить рабочее место верхового помбура (помощника бурильщика). В его обязанности входят работы по установке труб и общий контроль.
Так как верховой находится на рабочем месте всю 12-часовую смену и в любую погоду и любое время года, для него оборудована отапливаемая комната. На старых вышках этого никогда не было!
В случае нештатной ситуации, верховой может эвакуироваться с помощью троллея:
Когда скважина пробурена, ствол несколько раз промывается от разбуренной породы (шлама) и в нее спускают обсадную колонну, которая состоит из множества труб, скрученных между собой. Один из типовых внутренних диаметров обсадной колонны — 146 миллиметров. Длина скважины может достигать 2—3 километров и более. Таким образом, длина скважины превосходит её диаметр в десятки тысяч раз. Примерно такими же пропорциями обладает, например, отрезок обычной нити длиной 2—3 метра.
Трубы подаются по специальному желобу:
После спуска обсадной колонны скважину еще раз промывают и начинается цементирование затрубного пространства (пространства между стенкой скважины и обсадной колонной). Цемент подается на забой и продавливается в затрубное пространство.
После того, как цемент застывает, его проверяют зондом (прибором, спускаемым в скважину) АКЦ - акустический контроль цементажа, скважину опрессовывают (проверяют герметичность), если все ОК, то бурение продолжается - разбуривается цементный стакан на забое и долото идет дальше.
Буква «г» в номере скважины 39629Г означает, что ствол скважины - горизонтальный. От устья до определенного момента скважина бурится без отклонения, но потом с помощью шарнирного отклонителя и/или роторного отклонителя она выходит на горизонталь. Первый представляет собой трубу с шарниром, а второй - долото с направленным соплом, которое отклоняется напором бурового раствора. Обычно, на картинках, отклонение ствола изображается чуть ли не под углом 90 градусов, но в реальности этот угол составляет около 5-10 градусов на 100 метров.
За тем, чтобы ствол скважины шел туда, куда нужно, следят специальные люди - «кривильщики» или инженеры телеметрии. По показаниям естественной радиактивности горных пород, сопротивлению и другим параметрам, они контролируют и корректируют курс бурения.
Схематично все это выглядит вот так:
Любые манипуляции с чем-либо на дне (забое) скважины превращаются в очень увлекательное занятие. Если в скважину нечаянно уронить инструмент, насос или несколько труб, то вполне можно уроненное никогда не достать, после чего на скважине стоимостью в десятки или сотни миллионов рублей можно ставить крест. Покопавшись в делах и историях ремонта, можно найти настоящие скважины-жемчужины, на забое которых лежит насос, поверх которого лежит ловильный инструмент (для извлечения насоса), поверх которого лежит инструмент для извлечения ловил
ьного инструмента. При мне в скважину роняли, к примеру, кувалду:)
Чтобы нефть вообще могла поступать в скважину, нужно проделать отверстия в обсадной колонне и цементном кольце за ней, так как они, отделяют коллектор от скважины. Эти отверстия делают с помощью кумулятивных зарядов; они по сути такие же, как, например, противотанковые, только без обтекателя, потому что лететь им никуда не надо. Заряды пробивают не только обсадную колонну и цемент, но и сам пласт горной породы на несколько десятков сантиметров вглубь. Весь процесс называется перфорацией.
Для сокращения трения инструмента, выноса разрушенной породы, предотвращения осыпания стенок скважины и компенсации разницы пластового давления и давления на устье (внизу давление в разы больше) скважина заполнена буровым раствором. Его состав и плотность подбираются в зависимости от характера разреза.
Буровой раствор прокачивается компрессорной станцией и должен постоянно циркулировать в скважине во избежания осыпания стенок скважины, прихвата инструмента (ситуации, когда колонна заблокирована и ее невозможно ни вращать, ни вытащить - это одна из самых распространенных аварий при бурении) и прочего.
Спускаемся с вышки, идем смотреть насосы.
В процессе бурения буровой раствор выносит шлам (разбуренную породу) на поверхность. Анализируя шлам, буровики и геологи могу делать выводы о породах, которые сейчас проходит скважина. Затем раствор нужно очистить от шлама и снова отправить в скважину работать. Для этого оборудована система очистных установок и «амбар», где очищенный хранится шлам (амбар виден на предыдущем фото справа).
Первыми принимают раствор вибросита - они отделяют самые крупные фракции.
Затем раствор проходит ило- (слева) и пескоотделители (справа):
И, наконец, самая мелкая фракция удаляется с помощью центрифуги:
Затем раствор попадает в емкостные блоки, при необходимости восстанавливаются его свойства (плотность, состав и прочее) и оттуда с помощью насоса подается обратно в скважину.
Емкостной блок:
Буровой насос (произведен в РФ!). Красная штука сверху - гидрокомпенсатор, он сглаживает пульсацию раствора за счет противодавления. Обычно на буровых - два насоса: один рабочий, второй резервный на случай поломки.
Все этим насосным хозяйством заведует один человек. Из-за шума оборудования, всю смену он работает в берушах или защитных наушниках.
«А что у буровиков с бытом?» - спросите вы. Этот момент мы тоже не упустили из внимания!
На этой площадке буровики работают, короткими вахтами по 4 дня, т.к. бурение идет практически в черте города, но жилые модули практически ничем не отличаются от тех, что используют, к примеру, в Заполярье (разве что, в лучшую сторону).
Всего на площадке 15 вагончиков.
Часть из них - жилые, в них буровики живут по 4 человека. Вагончики разделены на тамбур с вешалкой, умывальником и шкафов и непосредственно жилую часть.
Кроме того, в отдельные вагончики (на местном сленге - «балки"») выведены баня и кухня-столовая. В последней мы прекрасно позавтракали и обсудили детали работы. Пересказывать не буду, а то вы меня обвините в совсем уж откровенной рекламе, но скажу, что мне немедленно захотелось остаться в Альметьевске… Обратите внимание на цены!
На буровой мы провели около 2,5 часов и я в очередной раз убедился, что таким сложным и опасным делом, как бурение и нефтедобыча в целом могут заниматься только хорошие люди. Еще мне объясняли, что плохие люди тут не задерживаются.
Друзья, спасибо, что дочитали до конца. Надеюсь, теперь вы представляете себе процесс бурения скважин немного лучше. Если у вас остались вопросы - задавайте их в комментариях. Я сам или с помощью экспертов - обязательно отвечу!
Скважиной называется горная выработка, имеющая цилиндрическую форму. Длина скважины существенно превышает ее ширину. Самая верхняя ее часть именуется устьем, а самая нижняя - забоем. Стены скважины являются стволом всей этой конструкции. В настоящее время существует несколько методов бурения скважин. Однако, наиболее распространенными из них является метод горизонтального бурения, с помощью которого формируются горизонтальные скважины. Именно они являются очень популярным инструментом как для добычи полезных ископаемых (нефть, газ), так и во время строительства зданий и объектов для прокладки труб.
Бурение горизонтальных скважин является популярным в связи несколькими факторами, а именно:
- Отсутствием разрушающего воздействия на верхний слой почвы, что является положительным моментом для экологии и окружающей среды, так как вред от такого бурения сводится к минимуму.
- Возможностью прокладки таких скважин даже на большой глубине под водоемами и сыпучим грунтом.
- Возможностью с помощью горизонтального бурения проложить шурфы под линиями ЛЭП и нефтепроводами.
- Формирование скважин данного вида допускается в густонаселенных районах, чего нельзя сказать об остальных видах.
- Возможностью прокладывать коммуникации с помощью горизонтального бурения под путепроводами, мостами и другими сооружениями, имеющими высокую важность.
Чтобы скважина правильно выполняла свои функции, к ней предъявляются следующие требования:
- прочность конструкции, которая должна предотвратить обрушение стен скважины;
- скважина должна обеспечить доступность забоя;
- скважина должна обеспечить полную герметизацию устья.
Горизонтальная скважина имеет ряд отличительных особенностей, которые, в первую очередь, заключаются в ее угле отклонения, который в обычной ситуации является прямым, т.е. равен 900. Однако, теория всегда отличается от практики, в связи с чем во время практического бурения горизонтально-направленных скважин ситуацию обстоит несколько иначе. Это связано с тем, что в природе отсутствуют четко прямые линии и углы, поэтому, возникает необходимость выбирать для формирования ствола скважины ту траекторию, которая максимально приближена к оптимальной.
В связи с этим, стоит сказать, что горизонтальной скважиной называется такая скважина, для которой характерна наиболее протяженная зона. В первую очередь, данный вид скважин активно используется во время нефтяной и газовой добычи. Именно она позволяет получать дебиты (т.е. объемы нефти, которая поступает в определенную единицу времени из искусственного источника), которые существенно больше тех дебитов, которые можно получить, имея вертикальную конструкцию. Длина ствола имеет прямое влияние на дебит.
Однако, не смотря на это, бурение такой скважины имеет весомый, хоть и незначительный, минус в виде дороговизны. Незначительным минус можно назвать, потому что, затратив определенные средства для формирования горизонтальной скважины, получаешь результат, в разы превышающий тот, который дает работа с другими видами скважин. Кроме того, что горизонтальная скважина используется как добывающая, ее еще называют нагнетательной. Горизонтальные скважины отличаются особой эффективностью на месторождениях, содержащих трещины с вертикальным уклоном, а также в коллекторах с трещинами, в коллекторах с газовой шапкой или водой, в коллекторах с крайне низкой и очень высокой проницаемостью. В последнем случае с помощью горизонтальной скважины значительно замедляется движение газа.
По своей конструкции горизонтальные скважины классифицируются следующим образом:
- разведочные. Название говорит само за себя - скважины применяются для уточнения местонахождения или объема залежей нефти и газа;
- поисковые. Используются с целью обнаружения газовых и нефтяных месторождений;
- добывающие. С их помощью происходит, непосредственно, добыча полезных ископаемых;
- нагнетательные. Такие скважины воздействуют на пласты, что позволяет нагнетать воду, газ и многие другие элементы.
- контрольные.
У последней разновидности горизонтальных скважин несколько предназначений, а именно:
- является инструментом, позволяющим измерить силу давления, образующегося в газовой шапке и нефтяной зоне;
- позволяют проконтролировать, какие изменения произошли в положении залежей;
- являются резервными, т.е. задействуют в работу застойные зоны;
- имеют специальное предназначение, например, с их помощью также происходит добыча технической воды;
- используются в качестве оценочных скважин, с помощью которых уточняются параметры, а также продуктивные границы залежей;
- используются в качестве скважин, применяемых для подмены скважин, находящихся в аварийном состоянии.
В момент осуществления бурения горизонтальной скважины, существующее количество несовместимых с условиями проводки ствола зон предопределяет то число колонн и «башмаков», которые будут формировать скважину. Условия являются несовместимыми по причине неустойчивых и низко прочных пород.
До момента приоткрытия продуктивных и производительных горизонтов с целью исключения возможности разрыва пород сначала спускается одна колонна, и только потом все остальные. Разница диаметров скважин и колонн определяется, опираясь на наиболее верные значения, которые определены практикой бурения, обеспечивающего беспрепятственный спуск колонны в скважину и ее надежное цементирование. Трубы выбираются, исходя из расчетов давлений внутри и снаружи скважины.
07.03.2014
Наклонно-направленное бурение, частным случаем которого является горизонтальное бурение, - способ сооружения скважин c отклонением от вертикали по заранее заданному направлению.
Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет >2° при колонковом бурении и >6° - при глубоком бурении скважин. Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно. Естественное искривление обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве.
Виды
Под искусственным искривлением понимают любое принудительное их искривление. Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно-направленными.
Наклонно-направленные скважины подразделяют на одно- и многозабойные. При многозабойном бурении из основного, вертикального или наклонного ствола проходится дополнительно один или несколько стволов.
Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ. Оно подразделяется на наклонное, горизонтальное бурение, 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.
Применение
Искусственное отклонение вплоть до горизонтального применяется при:
- вскрытии нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;
- отклонении ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;
- проходке стволов на нефтеносные горизонты, залегающие под соляными куполами, в связи с трудностью бурения через них;
- необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений промывочной жидкости;
- проходке нескольких скважин на продуктивные пласты с отдельных буровых оснований и эстакад, расположенных в море или озере;
- проходке скважин на продуктивные пласты, расположенные под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы);
- необходимости ухода в сторону новым стволом, если невозможно ликвидировать аварию в скважине;
- забуривании второго ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;
- необходимости бурения стволов в процессе тушения горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;
- необходимости перебуривания нижней части ствола в эксплуатационной скважине;
- необходимости вскрытия продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов;
- кустовом бурении на равнинных площадях с целью снижения капитальных затрат на обустройство промысла и уменьшения сроков разбуривания месторождения;
- бурении с целью дегазификации строго по угольному пласту, с целью подземного выщелачивания, например, калийных солей и др.
Кроме того, горизонтальное бурение незаменимо при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, озер, каналов и болот, под жилыми или промышленными застройками, в пределах территории населенных пунктов.
Методы
- 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-технологических условий.
Развитие
Получив широкое распространение, одноствольное наклонное бурение не исчерпало своих резервов. Возможность горизонтального смещения забоя относительно вертикали (проекции устья скважины на пласт) позволила создать вначале кустовой, а затем многозабойные методы бурения. Техническое усовершенствование наклонного бурения явилось базой для расширения многозабойного и кустового бурения.
Горизонтальное и разветвленное горизонтальное бурение применяются для увеличения нефте- и газоотдачи продуктивных горизонтов при первичном освоении месторождений с плохими коллекторами и при восстановлении малодебитного и бездействующего фонда скважин.
Если при бурении наклонной скважины главным является достижение заданной области продуктивного пласта и его поперечное пересечение под углом, величина которого, как правило, жестко не устанавливается, то основная цель бурения горизонтальной скважины – пересечение продуктивного пласта в продольном направлении. При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать 1000 м.
Условия, вызывающие необходимость применения кустового бурения, подразделяются на:
- технические – разбуривание кустовым бурением месторождений, залегающих под застроенными участками;
- технологические – во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты; геологические – разбуривание, например, многопластовой залежи;
- орографические – вскрытие кустовым бурением нефтяных и газовых месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад;
- климатические – разбуривание нефтяных и газовых месторождений, например в зимний период, когда наблюдается большой снеговой покров, или весной во время распутицы и значительных паводков.
К разновидностям кустового бурения можно отнести двухствольное последовательное, двухствольное параллельное и трехствольное бурение. Кусты скважин приближенно можно представить в виде конуса или пирамиды, вершинами которых являются кустовые площадки, а основаниями – окружность или многоугольник, размеры которых определяются величиной сетки разработки и возможностью смещения забоев от вертикали при бурении наклонных скважин.
Количество скважин в кусте, помимо сетки разработки, наличия одно- или многопластовых залежей и других факторов, определяется технически возможными отклонениями забоев наклонных скважин.
При разбуривании многопластовых месторождений число скважин в кусте может пропорционально увеличиваться. При расположении кустов вдоль транспортной магистрали число скважин в кусте уменьшается по сравнению с одним локальным кустом.
В зависимости от выбранного варианта расположения устьев в кусте объем подготовительных, строительно-монтажных и демонтажных работ может изменяться в самых широких пределах. Кроме того, от выбранного варианта расположения устьев в кусте зависят размеры отчуждаемой территории, что очень важно для обжитых районов. Характер расположения устьев скважин на кустовой площадке играет большую роль и при эксплуатации скважин. При бурении скважин на кустовой площадке число одновременно действующих буровых установок может быть различным.
Опыт кустового бурения показывает, что этот метод дает возможность значительно сократить строительно-монтажные работы, уменьшить объем строительства дорог, водоводов, линий электропередачи и связи, упростить обслуживание эксплуатируемых скважин и сократить объем перевозок. Сегодня кусты скважин становятся крупными промышленными центрами с базами материально-технического снабжения, вспомогательными цехами и т. д. В целом кустовой способ бурения сокращает затраты на обустройство промысла, упрощает автоматизацию процессов добычи и обслуживания, а также способствует охране окружающей среды при освоении нефтяных и газовых месторождений. В этом случае можно полнее осуществлять сбор всех продуктов отхода бурения и уменьшать вероятность понижения уровня грунтовых вод на огромных территориях, которое может возникнуть вследствие нарушения целостности водоносных горизонтов.
Минимальное число скважин в кусте – две. Практически на нефтяных промыслах России группируют до 16–24 скважин в куст, но есть отдельные кусты, состоящие из 30 и более скважин. Из зарубежной практики известны случаи, когда число скважин в кусте >60. Так, в Калифорнийском заливе в США 68 скважин было пробурено с насыпного острова размером 60х60 м.
Один из прогрессивных методов повышения технико-экономической эффективности проходки скважин – многозабойное бурение. Сущность этого способа заключается в том, что из основного ствола скважины проводят один или несколько дополнительных стволов, заменяющих собой скважины, которые могли быть пробурены для этих же целей непосредственно с земной поверхности. Следовательно, в этом случае основной ствол используется многократно, поэтому значительно сокращается объем бурения по верхним непродуктивным горизонтам.
При многозабойном бурении нефтяных и газовых скважин значительно увеличивается полезная протяженность скважин в продуктивном пласте и соответственно зона дренирования, а также поверхность фильтрации.
По форме выполнения дополнительных стволов и по их пространственному положению различают следующие виды многозабойных скважин:
- разветвленные наклонно направленные;
- горизонтально разветвленные;
- радиальные.
Разветвленные наклонно направленные скважины состоят из основного ствола, обычно вертикального, и дополнительных наклонно направленных стволов.
Горизонтально разветвленные скважины – это разновидность разветвленных наклонно-направленных скважин, т. к. их проводят аналогичным способом, но при этом в завершающем интервале зенитный угол дополнительного ствола увеличивают до 90° и более. У радиальных скважин основной ствол проводят горизонтально, а дополнительные – в радиальном направлении.
Разветвленные скважины являются перспективной областью развития технологии направленного бурения, т.к. их промышленное применение позволит решать следующие важные задачи освоения земных недр: эффективная разработка нефтяных месторождений с низкими коллекторскими свойствами продуктивного пласта, горизонтальной направленности; значительное сокращение числа скважин, необходимых для разработки месторождения нефти и газа; добыча высоковязкой нефти с больших глубин; строительство геотермальных станций в районах с невысокими температурами пластов горных пород. (EnergyLand.info 05.03.14)
