Бурение боковых стволов

Если при забуривании из вертикального ствола ориентирование отклонителя выполняется с помощью магнетометра, то освобождают от обсадной колонны интервал порядка 18 м (рисунок 2). Длина фрезеруемого участка может быть уменьшена, если для ориентирования КНБК используется гироскопический компас. Участок открытого ствола скважины перекрывают прочным цементным мостом. Чтобы избежать магнитных помех, мост разбуривают до глубины на 6 м выше подошвы открытого интервала. Недостатком метода фрезерования обсадных труб по всему сечению являются повышенные требования к прочности цементного моста для забуривания и трудности поиска головы нижней секции обсадной колонны, если туда потребуется войти после бурения бокового ствола. Во многих случаях механическая скорость бурения ограничивается условиями выноса шлама из скважины, а для горизонтального участка проблема выноса шлама становится еще сложнее. Конструкция современных инструментов для фрезерования предусматривает образование мелкой, не формирующей клубков стружки, легко удаляемой из скважины. При фрезеровании предпочтительней промывать скважину полимерными, а не глинистыми буровыми растворами. Растворы на углеводородной основе вообще не рекомендуется применять для фрезерования.

         А                  В                 С                  D                 E

Рисунок 3 Вырезание окна.

 

Рисунок 3 Вырезание окна .        Операции по вырезанию окна в обсадной колонне начинаются со спуска и ориентирования навлекаемого уипстока. создающего отклоняющее усилие на фрезеры (А). После фиксации уипстока якорем производится срезание удерживающей шпильки, и первый фрезер вырезает в колонне окно размером в несколько дюймов (В). Следующий фрезер выполняет основной объем работы по вырезанию окна и спускается вместе с эллипсоидными фрезерами, которые расширяют окно и выравнивают его кромки (С). После окончания вырезания окна приступают к забуриванию ответвления (О). Уипсток используется, чтобы направить КНБК и оборудование для заканчивания скважины в ответвление (Е). Когда работы в ответвлении закончены, уипсток можно извлечь, освободив доступ к нижележащим пластам (Р и С).

Альтернативой фрезерованию всего поперечного сечения труб является вырезание окон в обсадной колонне. Это требует установки ориентированного уипстока и фрезерования окна в несколько этапов (Рисунок 3). После того, как уипсток установлен в нужном направлении, срезается шпилька, соединяющая его с фрезером первого этапа. Начинают вращать бурильную колонну, и твердосплавные резцы наконечника фрезера врезаются в стенку обсадной колонны. На следующем этапе окно в колонне прорезается специальным долотом, которое отжимается наклонной плоскостью уипстока в сторону стенки обсадной колонны и породы за нею. Окно расширяют и выравнивают его края с помощью конического фрезера, над которым прямо под УБТ устанавливают один или два фрезера эллипсоидной формы.

В сравнении  с вырезанием окон фрезерование обсадной колонны по всему поперечному сечению имеет ряд преимуществ: исключается необходимость использования гироскопического компаса, имеется возможность начинать набор кривизны ближе к объекту эксплуатации, фрезерование можно выполнить за одно долбление. С другой стороны, при вырезании окон используется уипсток, обеспечивающий принудительное отклонение, но требующий нескольких спусков гироскопического компаса для ориентирования уипстока и КНБК. Кроме того, вырезание окон требует нескольких долблений различными фрезерами, а набор кривизны приходится начинать выше, чтобы разместить соответствующие элементы КНБК.

Какой бы способ зарезки ни применялся, после выхода в породу за колонной появляется возможность дополнительного выбора. Кроме стандартного искривления по среднему радиусу, существует несколько новых методов, которые могут повысить эффективность бурения боковых стволов. Бурение с коротким радиусом кривизны, использование колонны гибких труб и многоствольные скважины - все эти варианты нуждаются в тщательном экономическом анализе (рис 5).

 

2.3 Варианты бурения боковых стволов из

существующих  скважин

Существует  четыре главных системы бурения  бокового ствола горизонтально-разветвленных  скважин:

*Технология  бурения скважин по сверхмалому  радиусу с помощью струи высокого  давления

*Система бурения  скважин с малыми радиусами  искривления, основанная на применении роторной  компоновки

*Система бурения  скважин с малыми радиусами  искривления, основанная на использовании   забойных двигателей

*Бурение скважин  по среднему радиусу искривления

Все четыре системы  пригодны или будут пригодными для бурения бокового ствола. Первые три системы  требуют  применения  специального  бурильного  инструмента  и  специальных  методов  исследований в скважинах. Малые радиусы искривления скважин накладывают также ограничения на  возможность оценки продуктивного пласта и методы заканчивания скважин.

В отличие от них при средних радиусах искривления  применяется обычный бурильный  инструмент,  включая систему  измерений в процессе бурения  для инклинометрии и ориентирования отклонителя.  Единственным  исключением являются ограничения оценки продуктивного пласта и заканчивания  скважины по радиальному зазору, связанные с ограничениями по диаметру скважины. По этой  причине  ожидается, что  на  рынке  технологий  для  бурения  боковых  стволов  приоритет  за  оборудованием для проводки скважин по средним радиусам искривления.

Системы бурения боковых стволов из колонны

 

		С ультрамалым  радиусом искривления	С малым радиусом искривления и роторной компоновкой	С малым радиусом искривления и забойным двигателем	Со средним радиусом искривления
Диаметр	114 мм 4 1/2”	да	нет	да	да
обсадной	140 мм 5 1/2”	да	да	да	да
колонны	178 мм 7”	да	да	да	да
Радиус искривления		1 м < 3 фут	7-12 м 20-40 фут	12-20 м 40-55 фут	50-290 м 160-1000 фут
Компоновка  с регулируемым углом перекоса и телеметрической системой, кабельным каналом связи		нет	нет	да	да
Компоновка  с системой измерений в процессе бурения*		нет	нет	нет	да
Специальный бурильный  инструмент		да	да	да	нет

 

*Возможно также  проведение гамма-каротажа

Таблица 7-2 Системы бурения скважин с боковыми стволами.

                    

Рынок технологий  для  бурения бокового ствола будет  развиваться, если только скважины  с  боковыми стволами обеспечат экономически выгодную добычу углеводородов. Скважины с боковыми  стволами представляют интерес, так как они позволяют снизить стоимость проектов разработки.  Трубопроводы   и оборудование для добычи  уже  смонтировано,  разрешение  на  проводку  дополнительных стволов и перевод в эксплуатацию может быть получено в кратчайшие сроки.  Имеются также возможности снижения расходов на бурение. Это произойдет по мере освоения  промышленностью технологии искривления скважин, и тогда во многих случаях расходы на проходку  горизонтальных скважин снизятся на 25-50%. Усовершенствование характеристик оборудования и  поощрение буровых контрактов на такие виды работ приведет к еще большему снижению общих  расходов на бурение.

С другой стороны, эти скважины должны увеличить дебит  скважин, запасы нефти или коэффициент  извлечения нефти (ЕОR). Эти преимущества должны подтвердиться.

Приведенные ниже рисунки иллюстрируют схемы, пригодные  при проектировании горизонтальных  боковых стволов. На них представлены типичные эксплуатационные скважины с  промежуточной  колонной, установленной  над продуктивным пластом и эксплуатационной колонной-хвостовиком,  установленной в наклонном участке, вскрывшем продуктивную зону.

По схеме 1  в промежуточной колонне вырезается окно и Проектируется профиль со средним радиусом искривления, чтобы получить горизонтальный участок в продуктивном пласте. Преимуществом этой схемы является то, что она может быть реализована относительно легко,  взаимодействие горных пород с буровым раствором должно быть хорошо известно и можно выбрать  максимальный размер эксплуатационной колонны-хвостовика.          К  недостаткам схемы 1 относится   то,.

Схема 1

что начало горизонтального  участка будет находиться на  некотором расстоянии от старой скважины и ориентирование горизонтального  участка будет  ограничено азимутом старой скважины. Если промежуточная колонна сильно изношена, может  потребоваться ремонтная обсадная колонна-надставка. Это может ограничить размер бурильных и  насосно-компрессорных труб и отрицательно сказаться на экономических показателях проекта.

Схема 2

По схеме 2 окно вырезается в промежуточной колонне выше, чем предусмотрено в схеме 1, скважина забуривается в нижней стенке старой скважины и новый ствол бурится в форме буквы “S”.           Преимуществом схемы 2 перед схемой 1 является то, что она дает большую свободу в приближении  горизонтального участка к старому эксплуатационному участку под более строгим геологическим  контролем.

Основным недостатком  схемы 2 является то, что бурение "S"-образного  криволинейного участка  сопряжено  с большим риском. Это приводит к удлинению и удорожанию скважины, увеличивает  крутящий момент и нагрузку на крюке при подьеме и ведет к большему износу промежуточной  колонны.

Схема 3

Схема 3 предусматривает вырезание окна в эксплуатационной колонне-хвостовике, забуривание нового ствола и бурение горизонтального участка меньшим диаметром.         Преимуществом здесь является  то, что длина нового ствола  и его закрепленного участка  может быть  сведена до минимума  и начало горизонтельного участка  будет ближе к старой скважине, чем  в схеме  1.          К недостаткам относится то, что  в скважинах  малого  диаметра  можно  прово-

дить только гамма- каротаж, а не полный объем  измерений в процессе бурения. К  тому же ориентация горизонтального  участка будет ограничена направлением старой скважины, а эксплуатационная колонна-хвостовик  должна иметь малый диаметр.

Схема 4

В схеме 4 промежуточная колонна срезается и извлекается. Новый ствол бурится из точки ниже башмака предыдущей обсадной колонны. Выше продуктивного пласта устанавливается новая промежуточная колонна. Очевидно, что это даёт большую  свободу действий при проводке горизонтального участка и работ по заканчиванию скважины, но эта схема является самой дорогой из четырёх.         Главная проблема бурения боковых стволов в настоящее  время  связана с  боль-

шими затратами  времени на забуривание  нового  ствола. Усовершенствование  конструкций  райберов  позволило  вырезать окно за один рейс. Проблемы с некачественными  цементными мостами в  скважине были решены предварительным расширением участка установки моста-пробки и установкой  уипстока в обсадной колонне без его цементирования.

2.4 Бурение с коротким радиусом кривизны

 

Рисунок 4 Профиль скважины с  коротким радиусом

Скважины с коротким радиусом кривизны бурят для того, чтобы избежать проблем в вышележащих пластах, которые пришлось бы перекрывать хвостовиком, или когда приходится забуриваться ниже спущенного в скважину оборудования, например, из-под башмака обсадной колонны. В некоторых пластах криволинейный и горизонтальный участки можно полностью разместить в продуктивной зоне, не вскрывая глинистых пропластков и снижая риск прихвата труб (рисунок 4).          Искривленный участок бурят специальными КНБК для короткого радиуса кривизны. Такая КНБК включает долото, шарнирный забойный двигатель, немагнитную УБТ уменьшенной жесткости и телеметрическую систему. Высокопрочные бурильные трубы располагаются непосредственно над КНБК, что делает более безопасным прохождение колонны через криволинейный участок скважины. В вертикальной части скважины используются бурильные трубы обычной прочности.

 

Рисунок 5  Бурение скважин с коротким радиусом кривизны.

 

 Зачастую  ввиду малых размеров эксплуатационных  объектов приходится бурить боковые стволы с коротким радиусом кривили), чтобы не выйти за границы лицензированной территории и углеводородной належи. В соответствии с законами штата и границами лицензионного участка для данной скважины был выделен узкий 35-метровый коридор для первых 213 м отхода от [вертикали с последующим разворотом против часовой стрелки (рисунок справа). Уипсток был установлен на глубине 1572 м. радиус кривизны скважины в точке вскрытия кровли продуктивного пласта составил 23 м. Бурение горизонтального участка продолжили без смены КНБК. Возможность вращения забойной компоновки, применяемой для бурения скважин с коротким радиусом кривизны, обеспечило надежный контроль за траекторией горизонтального участка. Кроме того, что скважина не вышла за граниты лицензионного участка, горизонтальный ствол почти по всей 488-метровой длине разместился в пределах продуктивного пласта.