В процессе бурения скважины, подверженные естественному искривлению, могут не выйти на нефтегазоносные слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий. Но накопленный фактически материал по естественному искривлению позволил установить ряд общих закономерностей, учитывая которые буровики научились проходить скважины в строго направленном направлении. Такие скважины получили название наклонно направленных. Искусственное отклонение - это направление ствола скважины в процессе бурения по определённому плану с доведением забоя до заданной точки.
К наклонным скважинам при турбинном и роторном бурении на нефть и газ относятся в основном скважины, забуриваемые с поверхности вертикально с последующим отклонением в требуемом направлении.
В России наклонное бурение применяют при бурении скважин на нефть и газ в Западной Сибири, на севере европейской части, на Северном Кавказе, в Татарстане, Башкортостане, Самарской области и других районах.
Кустовое бурение - сооружение скважин, в основном наклонно направленных, устья которых группируются на близком расстоянии друг от друга с общей ограниченной площадки, а забои вскрывают продуктивный горизонт в заданных точках в соответствии с сеткой разработки.
Профили наклонно направленных скважин.
Основной нефтедобывающий регион России - Западная Сибирь, нефтяные и газовые месторождения на территории которой разбуриваются только кустовым способом, поэтому следует сначала остановиться на состоянии проектирования профиля наклонно направленных скважин на буровых предприятиях этого района.
Проектирование профиля наклонно направленных скважин и их реализация на практике в указанном регионе определяются рядом инструкций, регламентирующих проектирование, строительство и эксплуатацию кустовых наклонно направленных скважин.
При отклонении забоя скважины от вертикали до 300 м применяется тангенсальный трехинтервальный профиль, состоящий из вертикального участка, участка начального искривлении и тангенсального участка.
При отклонении забоя скважины свыше 300 м используют S-образный четырхинтервальный профиль, включающий вертикальный участок начального искривления, тангенсальный участок и участок уменьшения зенитного угла.
Для проектирования наклонно направленных скважин специального назначения применяется j-образный вид профиля, включающий вертикальный участок; участок начального искривления, тангенсальный участок и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла до проектной глубины.
Крупными регионами России, где осуществляется строительство кустовых наклонно направленных скважин, являются так же Тимано-Печоринский бассейн и Среднее Поволжье.
Если обратится к зарубежному опыту проводки наклонно направленных скважин, то можно отметить, что большинство скважин, проводка которых осуществляется ведущими буровыми фирмами в США и Англии, проектируются по S-образному четырехинтервальному профилю. Всё большее применение находит тангенсальный профиль, чаще всего используемый в целях достижения значительных отклонений от вертикали. При этом зенитный угол в конце участка начального искривления отклонителем обычно не превышает 10˚.
Данные профили проектируются в одной плоскости, т.е. являются плоскими. При проводке скважин в сложных горно-геологических условиях, когда геологические факторы оказывают значительное воздействие на траекторию скважины, используются профили пространственного типа, предусматривающие участки с естественно изменяющимся зенитным углом и азимутом. Проектирование такого профиля предполагает расчет координат устья скважины относительно координат проектной точки забоя с использованием выявленных закономерностей азимутального искривления скважины либо забуривание участка начального искривления отклонителем в азимуте, учитывающем закономерности естественного искривления скважины при дальнейшем бурении.
При бурении скважин на Ромашкинском месторождении нефти и прилегающих к нему площадях наибольшее распространение получил профиль S-образного типа, состоящий из вертикального участка, участка начального искривления и участка естественного уменьшения зенитного угла. При этом необходимый зенитный угол, определяемый с учетом фактической интенсивности его уменьшения на соответствующем интервале, зависит от глубины скважины по вертикали, длины вертикального участка и проектного отклонения конечного забоя скважины от вертикали.
Таким образом, все профили, используемые для проектирования наклонно направленных скважин, можно разделить на плоские и пространственные. В свою очередь плоские профили по форме выполнения завершающего интервала профиля разделяются на три типа:
S-образный, тангенсальный и J-образный.
Выбор и проектирование профиля наклонно направленной скважины.
Профиль добывающей наклонно направленной скважины состоит из направляющей части, включающей все участки профиля от устья скважины до точки с заданными координатами,
которая расположена в кровле или непосредственно в нефтесодержащем пласте, и завершающего участка, в пересекающего этот пласт в поперечном направлении. Так как для наклонно направленных скважин форма завершающего участка не регламентируется, то проектируется и рассчитывается только геометрия направляющей части профиля.
Основные моменты, которые должен обеспечить профиль наклонно направленной скважины:
- высокое качество скважины как объект последующей эксплуатации;
- бурение и крепление скважины с применением существующей технологии и технических средств;
- минимальные затраты при строительстве скважины;
- безаварийное бурение и крепление;
- минимальные нагрузки на буровое оборудование при спускоподъемных операциях.
Другими словами, выбор того или иного типа профиля скважины обуславливает в значительной степени выбор способа бурения, типа долота, гидравлической программы бурения, параметров режима бурения.
На выбор типа профиля оказывает влияние оснащенность буровых предприятий специальными устройствами для наклонно направленного бурения и технологической оснасткой нижней части бурильной колонны, а также средствами контроля за параметрами ствола скважины и проводкой интервалов ориентированного бурения.
Профиль ствола наклонно направленной скважины выбирается и проектируется с учетом назначения скважины; геологических и технологических особенностей её проводки, установленных ограничений на угол наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования и на проектной глубине.
Необходимость наличия вертикального участка скважины обусловлена конструкцией бурового подъемного оборудования, а также всего комплекса технологического оборудования для эксплуатации и ремонта скважины. Поэтому профиль всех наклонно направленных добывающих скважин на нефть и газ включает в вертикальный участок.
Длинна вертикального участка определяется прежде всего глубиной спуска обсадных колонн большего диаметра (более 245 мм), направления или кондуктора. В целях беспрепятственного спуска обсадных колонн большего диаметра забуривание наклонного участка планируют, как правило, в нижних интервалах. Кроме того, участок начального искривления располагают в интервалах залегания устойчивых горных пород, при бурении в которых за один рейс можно набрать проектное значение зенитного угла.
При проектировании скважин, у которых наклонный ствол расположен в интервале горных пород, склонных к образованию желобных выработок, следует минимизировать зенитный угол в интервале залегания таких горных пород.
В большинстве нефтегазодобывающих регионов страны при проектировании наклонно направленных скважин величина зенитного угла на проектной глубине жестко не регламентируется и продуктивные пласты вскрываются обычно под углом до 20˚. Если необходимо вертикальное вскрытие продуктивного пласта, то применяют S-образный тип профиля с конечным участком уменьшения зенитного угла до 0˚.
Технология проводки вертикального участка скважины.
Многолетний опыт разработки нефтяных месторождений позволил выработать типовую технологию проводки наклонных скважин современными буровыми установками. Практика показывает, что для бурения верхнего участка скважины целесообразно иметь на буровом станке средства создания осевой нагрузки на долото. Однако, ввиду сложности имеющихся систем нагружения долота, бурение обычно осуществляют под действием веса бурильной колоны. Кроме того, отсутствие систем подачи бурильного инструмента не позволяет верхний участок скважины бурить с определенным, наперед заданным зенитным углом.
Длина вертикального участка скважины зависит от многих факторов, основной из них - глубина скважины. Обычно с увеличением глубины бурения длина вертикального участка также возрастает. На практике часто длину верхнего вертикального участка наклонной скважины выбирают соответственно глубине спуска кондуктора. Скважина при этом искривляется «из-под кондуктора».
В последние годы используется метод предварительного отклонения скважины при бурении под кондуктор. В этом случае упрощается процесс отклонения скважины, и время на набор зенитного угла сокращается.
Искривление скважины турбинными отклонителями.
Наибольшее применение при искусственном отклонении скважин от вертикали получили забойные гидравлические двигатели, в которых в качестве привода используются турбинные секции. В качестве специального инструмента для регулирования направления бурения отечественной промышленностью серийно выпускаются турбинные отклонители и шпинделе-отклонители.
В ряде случаев для отклонения скважины используют серийные турбобуры или забойные винтовые двигатели, спускаемые в скважину на кривом переводнике. Отклоняющая способность такого инструмента определяется жесткостью бурильных труб, расположенных выше кривого переводника, и боковой фрезерующей способностью шарошечного долота. Отклоняющая сила также зависит от геометрических размеров забойного двигателя. При использовании шпинделей- отклонителей, в которых перекос осей достигается в узле сочления турбинной секции со шпинделем, отклоняющая способность определяется теми же факторами. Опыт показывает, что отклоняющая сила в этом случае ввиду большей жесткости турбинной секции будет несколько выше.
Выбор конструкции скважин.
Конструкцию скважин выбирают исходя из требований успешного доведения скважин до проектных глубин; качественного вскрытия продуктивных горизонтов, обеспечивающего сохранность естественной проницаемости пласта или улучшающего ее; эксплуатация скважин известными методами в период разработки месторождений.
На конструкцию скважин оказывают влияние цель и способ бурения; число продуктивных горизонтов, подлежащих опробованию; способ вскрытия пласта и геологические условия бурения; глубина залегания продуктивных пластов, их продуктивность и коллекторские свойства; пластовые и поровые давления и давления гидроразрыва пород; физико-механические свойства разбуриваемых пород с точки зрения возникновения обвалов, осыпей, сужения, кавернообразования, передачи на обсадные колонны горного давления и т.д.
При проектировании конструкции скважин число и глубину обсадных колонн выбирают в соответствии с требованиями недопущения несовместимых условий бурения отдельных интервалов ствола, когда параметры технологического процесса бурения нижележащих интервалов вызывают осложнения в верхней необсаженой части скважины.
