Бурение наклонно-направленных скважин. Виды профилей.

Скважина, специально направленная в точку, удаленную от вертикальной проекции устья, называется наклонно-направленной. Необходимость в наклонном бурении возникает при разбуривании морского месторождения с берега, когда нужно взять под контроль горящую скважину бурением разгрузочной скважины, когда необходимо уйти в сторону при аварии на скважине, а также в других случаях, когда забой скважины должен располагаться под участком, недоступном для монтажа буровой (рис 27.3).

Рис. 27.3. Случаи использования наклонных скважин

Существуют два способа бурения наклонных скважин:

роторный, при котором искривление ствола осуществляется прерывисто последовательными зарезками (уходами в сторону);

забойными двигателями, когда обеспечивается непрерывный процесс искривления ствола скважины. Наиболее перспективными для набора кривизны в заданном направлении считаются винтовые двигатели, имеющие низкую частоту вращения вала и большую мощность.

Профиль наклонно-направленных скважин может располагаться в одной плоскости, а может напоминать винтовую линию и быть пространственным. Наиболее распространенный профиль состоит из трех участков: верхнего вертикального, среднего искривленного и третьего наклонного прямолинейного участка (рис. 27.4). При профиле скважины а можно получить большие отклонения от вертикали при незначительном зенитном угле, а при профиле в можно пересечь вертикальным участком 4 несколько продуктивных горизонтов. Во всех профилях обязательно имеется участок 2, на котором осуществляется набор зенитного угла скважины. В случае, когда скважина заканчивается горизонтальным участком, она называется горизонтальной скважиной.

Рис 27.4. Разные профили наклонных скважин:

1 – вертикальный участок; 2 – участок увеличения зенитного угла; 3 – участок стабилизации зенитного угла или его уменьшения; 4 – вертикальный участок в продуктивной толще; 5 – горизонтальный участок или горизонтально-разветвленный в продуктивном пласте

Цель строительства горизонтальной скважины заключается в продольном вскрытии продуктивной части пласта. Компании-операторы используют скважины с горизонтальным стволом для разработки тонких продуктивных пластов большой протяженности, освоение которых с помощью обычных скважин экономически нерационально. В общем случае скважины, имеющие горизонтальную секцию, позволяют добывать в 5–10 раз больше нефти и газа по сравнению с вертикальными скважинами. В последнее время скорость проходки горизонтальных скважин приблизилась к скорости проходки вертикальных скважин.

Горизонтальный участок скважины может быть вогнутым или выпуклым, прямолинейным или волнообразным. Назначение направляющей части профиля горизонтальной скважины заключается в выведении ствола под определенным углом в заданную точку продуктивного пласта. Проектной глубиной горизонтальной скважины является глубина нижней точки направляющей части профиля. Самое большое достигнутое отклонение забоя горизонтальной скважины от устья составляет 10 км.

В целях искусственного искривления ствола скважины используются отклоняющие устройства, которые включают в состав компоновок низа бурильных колонн. Отклоняющие устройства создают на долоте отклоняющее усилие или отклоняют ось долота от оси скважины.

В турбинном бурении наиболее часто в качестве отклоняющего устройства применяют кривой переводник, который выполнен с пересекающимися осями присоединительной резьбы. Резьбу с перекосом до 4^о нарезают в основном на ниппеле. Кривой переводник в сочетании с УБТ крепят к забойному двигателю.

Для набора зенитного угла до 90^о, а также для изменения азимута скважины и зарезки нового ствола с цементного моста используется отклонитель в виде отрезка УБТ с перекошенными осями присоединительной резьбы.

В роторном бурении отклонение ствола от вертикали осуществляется с помощью клиновидных или шарнирных отклонителей, которые применяют только для придания стволу необходимого искривления. Съемные отклонители удаляют после того, как пробурят в установленном направлении около 15 м нового ствола.

После того, как ствол отклонен в нужном направлении, дальнейшие работы производят различными компоновками низа бурильной колонны. Отклоняющая компоновка включает в себя долото, забойный двигатель, отклоняющее устройство.

Бурение наклонной скважины по заданному профилю возможно в том случае, когда отклонитель точно ориентируется в проектном азимуте. Для этого используют различные способы ориентированного спуска бурильной колонны. После достижения забоя отклонитель ориентируют в заданном направлении, например, по меткам на бурильных трубах или при помощи инклинометра с электромагнитной буссолью. Для ориентирования отклоняющих компоновок по заданному азимуту, определения угла закручивания бурильной колонны широко используют телеметрические системы.

Угол закручивания бурильной колонны зависит от реактивного момента забойного двигателя и длины бурильной колонны. Обычно величину угла закручивания принимают равной 3 и 5^о на каждые 100 м длины бурильных труб диаметром 168 и 140 мм, соответственно.

При бурении интервалов скважин с набором кривизны применяются трехшарошечные долота, так как они работают более плавно, требуют меньших вращающих моментов и создают меньший угол закручивания колонны бурильных труб от реактивного момента на турбине.

При больших искривлениях индикатор веса из-за трения колонны о стенки скважины часто не отражает фактической нагрузки на забой. В таких случаях следует периодически приподнимать и проворачивать бурильную колонну.