Наклонно направленные скважины - Лекции - Техника и технологии в нефтегазовой отрасли

Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение забоя от вертикали, а ствол проводится по заранее заданной траектории, называются наклонно направленными.

Наклонные скважины бурят, когда продуктивные пласты залегают под акваториями морей, озер, рек, под территориями населенных пунктов, промышленных объектов, в заболоченной местности, а также для удешевления строительства буровых сооружений.

Разработанные в настоящее время виды профилей для наклонно направленных скважин делятся на две группы: профили обычного типа (представляющие собой кривую линию, лежащую в вертикальной плоскости) и профили пространственного типа (в виде пространственных кривых).

Типы профилей наклонно направленных скважин обычного типа приведены на рис. 4. Профиль типа А состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2 и прямолинейного наклонного участка 3. Его рекомендуется применять при бурении неглубоких скважин в однопластовых месторождениях, если предполагается большое смещение забоя.

Профиль типа Б отличается от предыдущего тем, что вместо прямолинейного наклонного участка имеет участок 4 естественного снижения угла наклона. Данный профиль рекомендуется применять при больших глубинах скважин.

      А                           Б                               В                          Г                          Д

Рис. 4. Типы профилей наклонно-направленных скважин:

1 – наклонный участок; 2 – участок набора угла наклона ствола; 3 – прямолинейный наклонный участок; 4 – участок снижения угла наклона ствола.

Профиль типа В состоит из пяти участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2, прямолинейного наклонного участка 3, участка снижения угла наклона 4 и снова - вертикального 1. Его рекомендуется применять при проводке глубоких скважин, пересекающих несколько продуктивных пластов.

Профиль типа Г отличается от предыдущего тем, что в нем участки 3 и 4 заменены участком самопроизвольного снижения угла наклона 4. Данный профиль рекомендуется применять при бурении глубоких скважин, в которых возможны отклонения в нижней части ствола скважины.

Профиль типа Д состоит из вертикального участка 1 и участка набора угла наклона ствола 2. Для него характерна большая длина второго участка. Профиль рекомендуется при необходимости выдержать заданный угол входа в пласт и вскрыть его на наибольшую мощность.

Как видно из рис. 4., все типы профилей в начале имеют вертикальный участок.  Его глубина должна быть не менее 40...50 м. Окончание вертикального участка приурочивают к устойчивым породам, где можно за один рейс набрать зенитный угол 5...О  градусов.

Для отклонения скважины от вертикали применяют специальные отклоняющие приспособления: кривую бурильную трубу, кривой переводник, эксцентричный ниппель и отклонители различных типов.

В последние годы все большее распространение получают вертикальные и наклонные скважины, имеющие горизонтальные окончания большой протяженности. Это делается для тою, чтобы увеличить площадь поверхности, через которую в скважину поступает нефть и. соответственно увеличить дебит. Одновременно стало возможным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее неизвлекаемой, вследствие малой мощности и низкой проницаемости продуктивного пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной эксплуатации.

На большинстве нефтяных площадей при горизонтальном бурении наиболее распространен проектный профиль, состоящий из четырех участков:

   - вертикального;

   - набора зенитного угла с помощью отклонителя;

   - стабилизации зенитного угла;

   -регулируемого снижения зенитного угла.

Разновидность четырех - интервального – профиль, содержащий следующие участки:

   -   вертикальный;

   -   интенсивного набора зенитного угла с помощью отклонителя;

   - набора зенитного угла с пониженной интенсивностью при помощи неориентируемой компоновки;

   -   стабилизации зенитного угла;

   -   уменьшения зенитного угла.

При бурении скважины с небольшим смещением от вертикали участок набора зенитного угла отклонителем проектируется в интервале бурения скважины под кондуктор. В случае необходимости отклонения скважины на значительные расстояния после кондуктора производится набор зенитного угла неориентируемыми компоновками до проектной величины.

При бурении горизонтальных скважин проектируются также трех-интервальные профили, состоящие из:

- вертикального участка;

- участка набора зенитного угла;

- прямолинейного горизонтального участка.

Разновидностью трех-интервального профиля является профиль, состоящий также из:

   - вертикального участка;

   - участка набора зенитного угла;

   - участка падения зенитного угла.

Такой профиль можно применять в районах, где естественное снижение зенитного угла невелико, а также при бурении скважин большой глубины, в которых ориентирование отклоняющих устройств затруднено. Типовые проектные профили скважин, как правило, - плоские, т.е. их бурение предполагается в одной вертикальной плоскости, совпадающей с азимутальным направлением скважины.

В процессе проведения каждого из вышеназванных участков – вертикального, стабилизации, набора или падения зенитного угла – могут возникнуть принципиально три задачи управления зенитным искривлением: обеспечение заданного зенитного угла или стабилизация, увеличение зенитного угла или набор кривизны, уменьшение угла или спад кривизны.

Было установлено, что направление отклоняющей силы зависит от соотношения сил тяжести полуволны нижней свечи  и забойной компоновки.

Расчетная или выбранная длина забойной компоновки, обеспечивающая равновесие КНБК, - соответственно стабилизацию угла – эта длина и есть стабилизирующая длина компоновки низа бурильной колонны  Lст:

Первая стабилизирующая длина КНБК Lст1, равновесная одной (Lт) полуволне бурильной колонны (рисунок 4. б)

                      ,                                     1

На рисунке 4. б схематически показано равновесие КНБК, где показана забойная компоновка с одной (м=1, м-количество полуволн) полуволной Lто  и соответственно – первой стабилизирующей длиной компоновки LКНБК = LСТ1.

Если неориентируемую компоновку роторного бурения и полуволну нижней свечи уравновесить, КНБК оказывается в условиях динамического равновесия , - плоскость , проходящая через эти реакции , совершает круговое движение , перпендикулярное оси и меняет свое положение , поворачиваясь на 3600, и долото равномерно разрушает поверхность забоя тоже перпендикулярно оси , т.е. стабилизирует зенитный угол скважины (рисунок 4. б);

Если  забойная компоновка тяжелее полуволны нижней свечи, то точка касания последней находится на висячей стенке (рисунок 4. в) и реакция – направлена в сторону лежачей стенки -  соответственно отклоняющая сила вызывает разрушение висячей стенки забоя, т.е. набор кривизны;

Если забойная компоновка легче полуволны, то точка касания последней находится на лежачей стенке - реакция направлена в сторону висячей стенки, соответственно отклоняющая сила вызывает  разрушение лежачей стенки забоя, т.е. спад кривизны (рисунок 4. а).

Представим себе второй вариант, когда КНБК будет состоять из двух (м=2) полуволн (рисунок 4 г), т.е. когда 2LСТ3  нижней свечи бурильной колонны – с одной стороны (относительно) переводника как опорной точки) и в противовес им – с другой стороны будет соответственно – вторая стабилизирующая длина компоновки LКНБК = LСТ2.

Вторая стабилизирующая длина КНБК LСТ2 , равновесная двум (2 Lт) полуволнам бурильной колонны (рисунок 4. г):

           ,                                  5.2

При роторном бурении компоновка второй стабилизирующей длины LСТ2, находясь преимущественно под действием геологических факторов, вызывает отклонение скважины в направлении естественного искривления, т.е. в условиях месторождения Жанажол  – спад кривизны.

То же самое относится к компоновке LСТ3.

Третья стабилизирующая длина КНБК LСТ3, равновесная трем (3Lт) полуволнам бурильной колонны:

 ,                             5.3

где  Lт , 2Lт и  3Lт  - количество  и длина полуволн  нижней свечи бурильной колонны, уравновешивающих КНБК, м,

Рт и Ркнбк  - вес 1 м  соответственно бурильной колонны и забойной компоновки, кН (Таблица 1).

Таблица 1  - Параметры бурильной колонны Рт  и  КНБК (РКНБК)