Профили наклонных скважин

РАЗДЕЛ 2

БУРЕНИЕ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ И

ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

(Составители: Грачев С.И., Петухов Ю.А., Гаврилов Е.И.)

Профили наклонных скважин

Большое значение в наклонно-направленном бурении имеет правильный выбор профиля скважины. Профиль скважины необходимо выбирать таким, чтобы при минимальных затратах времени и средств довести ее до проектной глубины без каких либо осложнений, обеспечив надлежащее качество ее для длительной и безаварийной эксплуатации. Рациональный профиль позволяет сократить до минимума работу с отклонителем, обеспечить необходимое смещение забоя и допустимую интенсивность искривления, а также свободное прохождение по стволу компоновки низа бурильной колонны. Профиль должен позволять эксплуатировать скважину глубинными насосами, в том числе и штанговыми насосами, причем должно исключаться протирание обсадных труб штангами и обрыв последних.

Выбор типа профиля осуществляется с учетом требований бурения скважин, прочностных характеристик пород, слагающих геологический разрез месторождений, закономерностей искривления, характерных для используемых компоновок низа бурильной колонны (КНБК), способов и технических средств, применяемых при эксплуатации скважин. Профиль скважины должен обеспечивать минимальное значение нагрузки на крюке при подъеме бурильной колонны (или внутрискважинного оборудования). В настоящее время можно выделить пять групп (типов) профилей, которые широко применяются и отвечают практически всем геолого-техническим условиям бурения и эксплуатации скважин: профиль обычной наклонно-направленной скважины, профиль пологой скважины, профиль радиальной скважины, профиль горизонтальной скважины, профиль многозабойной скважины.

Обычные (стандартные) наклонно-направленные скважины вскрывают продуктивный пласт с небольшим зенитным углом (до 24⁰). Они наиболее освоены буровыми предприятиями, имеют сравнительно небольшой отход от вертикали и дают лучшее попадание в круг допуска при использовании отечественной буровой техники. Профили таких скважин (см. рис. 2.1) имеют различный вид, но можно выделить четыре основных:

Рис.2.1. Профили обычных наклонно-направленных скважин:

а - трехинтервальный с участком стабилизации; б - трехинтервальный с участком малоинтенсивного уменьшения зенитного угла; в - трехинтервальный с участком набора зенитного угла в интервале бурения ниже башмака кондуктора или технической колонны и участком стабилизации; г – четырехинтервальный; 1-вертикальный участок, 2-участок набора параметров кривизны, 3-участок стабилизации, 4-участок малоинтенсивного уменьшения зенитного угла.

Трехинтервальный имеет несколько вариантов. Первый состоит из вертикального участка, набора зенитного угла в интервале бурения под кондуктор, стабилизации (рис.2.1 а) или малоинтенсивного уменьшения зенитного угла (рис.2.1 б). Рекомендуется для скважин на месторождениях, где геолого-технические условия позволяют осуществлять бурение до кровли продуктивного пласта с применением полноразмерных центрирующих элементов в КНБК, и где такая технология бурения отработана (рис.2.1. а), для скважин на новых месторождениях (рис.2.1 б). Второй (рис.2.1 в) представлен вертикальным участком, участком набора зенитного угла в интервале бурения ниже башмака кондуктора или технической колонны, участком стабилизации зенитного угла до кровли продуктивного пласта. Рекомендуется для скважин с отклонением забоев от вертикали 300 метров и менее.

Четырехинтервальный (рис.2.1 г). Состоит из вертикального участка, набора зенитного угла в интервале бурения под кондуктор, стабилизации зенитного угла до глубины ниже интервала работы насосного оборудования, уменьшения зенитного угла. Рекомендуется для скважин с отклонением забоев от вертикали более 300 метров, а также для месторождений, где по геолого-техническим условиям безаварийное бурение ниже интервала работы насосного оборудования компоновками с центраторами для стабилизации параметров кривизны затруднено. Максимальная интенсивность искривления на участках набора или падения параметров кривизны у таких скважин не должна превышать 1, 5⁰/10 м. Максимальный зенитный угол на интервалах набора и стабилизации для обычных типов профилей скважин не должен превышать 24⁰, т.к. при больших зенитных угла возникают проблемы с эксплуатацией погружного нефтедобывающего оборудования. Отклонение забоев от вертикали (отход) у скважин такого типа, в зависимости от глубины пласта, может достигать 800 метров.

Для проектирования и строительства скважин, связанных с конкретными условиями разработки месторождения и геологическими характеристиками продуктивного пласта, применяются специальные типы профилей (пологие и горизонтальные). К специальным можно отнести также профиля а, б, в, г (рис.2.1), если зенитный угол в скважине превышает 24⁰, или необходимо набрать отход более 800 метров.

Пологими и горизонтальными скважинами называют скважины, которые имеют большой зенитный угол при вскрытии продуктивного пласта. Такие скважины бурятся с целью увеличения нефтегазоотдачи продуктивного пласта путем проходки в залежи участка ствола большой протяженности.

Пологие скважины (J - образный профиль) вскрывают продуктивный пласт с зенитным углом от 25 до 55. Вскрытие пласта такими скважинами с зенитным углом более 55 нецелесообразно, т.к. возникают проблемы при проведении промыслово-геофизических работ (непрохождение приборов). Профиль пологой скважины составляется таким образом, чтобы создать наиболее благоприятные условия для работы погружного нефтедобывающего оборудования и достичь наибольший отход от вертикали. Так, например, до интервала установки погружного нефтедобывающего оборудования скважина имеет зенитный угол не более 20, а затем производят добор зенитного угла до необходимой величины, чтобы набрать запланированный отход, но не более 55.

Профиля пологих скважин (см. рис.2.2) имеют различный вид, но можно выделить четыре основных:

Рис.2.2. Профили пологих скважин:

а -с участком стабилизации; б -с участком малоинтенсивного уменьшения зенитного угла; в -с участком добора параметров кривизны и их стабилизации; г -с участком добора параметров кривизны и их малоинтенсивного уменьшения; 1-вертикальный участок, 2-участок набора параметров кривизны, 3-участок стабилизации, 4-участок добора параметров кривизны, 5-участок стабилизации зенитного угла, 6-участок малоинтенсивного уменьшения зенитного угла.

Профиль типа а и б имеет участки: вертикальный (до интервала установки погружного нефтедобывающего оборудования), набора параметров кривизны (до 55), стабилизации (рис.2.2 а) или малоинтенсивного уменьшения зенитного угла (рис.2.2 б).

Профиль типа в и г имеет участки: вертикальный, набора параметров кривизны (до 24°) в интервале бурения под кондуктор, стабилизации набранных параметров кривизны до интервала установки погружного нефтедобывающего оборудования, добора параметров кривизны (до 55°), стабилизации (рис.2.2 в) или малоинтенсивного (рис.2.2 г) уменьшения зенитного угла.

Радиальные скважины - это скважины, которые бурятся по большому радиусу кривизны, вскрывают продуктивный пласт с зенитным углом до 55° и имеют следующие участки - вертикальный, участок набора параметров кривизны (до 1.5°/10 м) и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла (до 3°/100 м).

Профиля радиальных скважин (см. рис.2.3) имеют следующий вид:

Рис.2.3. Профили радиальных скважин:

а -с участком набора параметров кривизны ниже зоны установки погружного нефтедобывающего оборудования; б -с участком набора параметров кривизны в кондукторе; 1-вертикальный участок, 2-участок набора параметров кривизны, 3-участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла.

Профиль типа а (рис.2.3а) имеет участки: вертикальный (до интервала установки погружного нефтедобывающего оборудования), набора параметров кривизны (до10°-15°), малоинтенсивного увеличения зенитного угла до 55°.

Профиль типа б (рис.2.3 б) имеет участки: вертикальный, набора параметров кривизны (до10°-15°) при бурении под кондуктор, малоинтенсивного увеличения зенитного угла до 55°. Набор параметров кривизны до 10°-15° объясняется тем, что это минимальные значения зенитного угла, при которых более или менее стабилизируется азимутальное направление.

Радиальные скважины являются переходными между пологими и горизонтальными и не требуют для бурения специальных технических средств. Профиль радиальной скважины обеспечивает минимальные значения нагрузки на крюке при подъеме бурильной колонны или погружного нефтедобывающего оборудования, т.е. силы сопротивления при движении какой-либо колонны в стволе скважины, а также крутящий момент в процессе бурения (или добычи) сводятся к минимуму. Технология бурения таких скважин не отработана в основном из-за отсутствия надежных КНБК, обеспечивающих не столько малоинтенсивный рост зенитного угла, сколько стабилизацию азимута.

Горизонтальные скважины - это скважины которые вскрывают продуктивный пласт с зенитным углом от 80° до 100°. Горизонтальные скважины редко имеют угол 90°, т.к. продуктивные пласты, на которые они закладываются, обычно имеют какой-то угол падения. Длина горизонтального участка может колебаться от 100 до 2500 метров в зависимости от назначения скважины. Профили горизонтальных скважин (см. рис.2.4) также имеют различный вид, но можно выделить три основных:

Рис. 2.4. Профили горизонтальных скважин:

а - с участком набора до горизонтального участка; б - с участком набора и стабилизации параметров кривизны в кондукторе; в - с участком набора и стабилизации параметров кривизны ниже зоны установки погружного нефтедобывающего оборудования; 1-вертикальный участок, 2-участок набора параметров кривизны, 3-участок стабилизации, 4-участок добора параметров кривизны, 5-горизонтальный участок.

Профиль типа а имеет участки: вертикальный, набора параметров кривизны до пласта (до 60-75) и в пласте (до 80-100), горизонтального участка (рис.2.4 а).

Профиль типа б имеет участки: вертикальный, набора параметров кривизны в интервале бурения под кондуктор (до 35), стабилизации набранных параметров кривизны, добора параметров кривизны до пласта (до 60-75) и в пласте (до 80-100), горизонтального участка (рис.2.4 б)

Профиль типа в имеет участки: вертикальный (до интервала установки погружного нефтедобывающего оборудования), набора параметров кривизны (до 35) стабилизации набранных параметров кривизны, добора параметров кривизны до пласта (до 60-75) и в пласте (до 80-100), горизонтального участка (рис.2.4 в).

Многозабойные скважины (МЗС) - это скважины которые имеют в нижней части основного ствола разветвления в виде двух и более протяженных горизонтальных, пологих или волнообразных стволов, у каждого из которых интервал вскрытия продуктивного пласта, как правило, в два раза и более превышает толщину пласта. Радиусы искривления стволов и глубины мест забуривания определяются геолого-техническими условиями данного месторождения. Профили многозабойных скважин (см. рис.2.5) имеют различный вид, но можно выделить основные:

а) МЗС с горизонтальными и пологими стволами.

б) МЗС с волнообразным дополнительными стволами

в) МЗС многоярусные

г) МЗС радиально-горизонтальные

Рис. 2.5. Профили многозабойных скважин:

а - МЗС с горизонтальными и пологими стволами; б - МЗС с волнообразным дополнительными стволами; в - МЗС многоярусные; г - МЗС радиально-горизонтальные.

Кроме того все пять групп типов профилей на участках набора параметров кривизны или их падения характеризуются радиусом кривизны или интенсивностью искривления, которые являются основными параметрами, характеризующими качество проводки наклонно-направленной скважины. На практике обычно эти участки делятся на четыре типа:

1. С большим радиусом кривизны (> 190 м)

2. Со средним радиусом кривизны (60м - 190м)

3. С малым радиусом кривизны (11.5м - 60м)

4. С коротким радиусом кривизны (5.73м - 10м)

Участки набора или падения параметров кривизны с большим радиусом характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 0.1-3/10 м, которая дает радиус искривления 5730 - 190 метров. Бурение таких участков ведется с помощью инструмента для обычного и многозабойного направленного бурения.

Участки набора или падения параметров кривизны со средним радиусом характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 3.1-9.6 /10 м, которая дает радиус искривления 60-190 метров. Бурение таких участков ведется с помощью специальных гидравлических забойных двигателей и обычных элементов бурильных колонн. Участки набора или падения параметров кривизны считаются участками со средним радиусом кривизны, если КНБК нельзя вращать после их проходки. Максимальная интенсивность набора в этом случае ограничена пределами на изгиб и кручение для бурильных труб.

Участки набора или падения параметров кривизны с малым радиусом характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 9, 7 - 19, 1 /10 м, которая дает радиус кривизны 30-60 метров Участки набора или падения параметров кривизны с коротким радиусом характеризуются интенсивностью набора зенитного угла 5, 7 - 10/1 м, которая дает радиус кривизны менее 10 метров. Бурение таких участков (с малым и коротким радиусом кривизны) ведется с помощью специального бурильного инструмента и по специальной технологии и обычно применяется при бурении дополнительных стволов из имеющихся скважин. Соотношение радиуса кривизны и интенсивности искривления приведено в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Соотношение радиуса кривизны и интенсивности искривления

Значение интенсивности дано в градусах и долях градуса.