Горизонтальное бурение

Технология горизонтального бурения помимо нефтегазодобывающей промышленности обширно применяется в хозяйственных целях для прокладки коммуникаций. В первом случае она используется в сложных условиях либо для специфических задач. При прокладке коммуникаций это один из основных методов.

Общие особенности

Горизонтальное бурение – относительно новый метод. Он был разработан во второй половине XX в. В настоящее время эта технология обширно распространена.

Данный метод используется в нефтегазодобывающей сфере для разработки скважин с отклонением от вертикали более 80°. В таком случае горизонтальные скважины служат для пересечения продуктивного пласта в продольном направлении. Причем протяженность участка в его пределах может составлять более 1 км. Кроме того, горизонтальные скважины позволяют достичь нефтеносных слоев в нескольких километрах от вертикальной. Таким образом повышают нефтеотдачу при освоении месторождения.
К тому же этот метод применяется для прокладки водопроводных труб и кабелей. Его рассматривают в качестве альтернативы рытью траншей. Этот способ экономичнее в 2,5-3 раза. К тому же он является единственной доступной технологией при прокладке трубопроводов под транспортными путями водоемами и прочими препятствиями. В остальных случаях горизонтальное бурение позволяет сохранить ландшафт. Кроме того, в отличие от траншейного способа, здесь сокращены трудозатраты за счет применения специализированного оборудования. Для выполнения работ достаточно бригады из 3-5 человек.

Технологии

Горизонтальные и наклонно-направленные скважины бурят по профилям при сохранении вертикального ствола. Передовой технологией разработки месторождений считают бурение горизонтальных многозабойных разветвленных скважин. Она подразумевает проведение одного или нескольких стволов из базового. Это ускоряет освоение и повышает нефтегазоотдачу при сокращении затрат.

Данный метод используют в некоторых других ситуациях.

  • При необходимости повторного бурения нижней части ствола.
  • При отклонении ствола от зоны разрыва.
  • При вскрытии продуктивных пластов.
  • Для дегазации угольных пластов.

К достоинствам разветвленных скважин относят следующие особенности.

  • Разработка пород с низкими коллекторскими свойствами продуктивного пласта.
  • Добыча с большой глубины нефти высокой вязкости.
  • Сокращение числа скважин на месторождении.

Применение горизонтальных скважин возможно на следующих этапах разработки месторождения.

  • Начинают с оценки целесообразности использования угольных пластов. Для предварительной дегазации таких высокогазоносных образований наиболее подходящим методом считают бурение опережающих пластовых скважин.
  • Оценивают целесообразность применения горизонтальных эксплуатационных скважин. Их использование расширяется со снижением мощности пласта и возрастанием неоднородности его строения. В таких условиях горизонтальная скважина может заменить 5 вертикальных.
  • Оценивают возможность использования таких выработок для добычи из угольных пластов метана.

Горизонтальное бурение для проведения коммуникаций начинают с подготовительных работ.
Прежде всего создают площадку для размещения буровой установки. Для этого разравнивают территорию примерно 10х15 м. В отдельных случаях требуется создание объездного пути.

Далее располагают буровое оборудование. С применением шнеков заякоривают опорную плиту для него. Настраивают угол входа бура в грунт.

В процессе бурения применяется бентонитовый раствор, служащий для удаления грунта из канала и укрепления его стенок. На участках входа и выхода канала создают прямики утилизации избытков раствора.

К тому же перед бурением выясняют особенности недр на данном участке, включая состав и свойства грунта, расположение подземных коммуникаций.

Процесс бурения начинают с пилотной скважины. Это проверочная выработка диаметром около 100 мм. Изначально головку бура устанавливают под углом 10-20° относительно горизонта. С погружением угол уменьшается до 0 по достижении целевой глубины прокладки трубопровода. К тому же при бурении в случае отклонения инструмента от траектории его курс корректируют. Так, в соответствии с методом прокола положение инструмента проверяют через каждые 3 м. Выход бура из грунта также осуществляется под заданным углом. То есть при проходе определенной дистанции бур ориентируется к поверхности.

На следующем этапе пилотную скважину расширяют с применением риммера. Этот инструмент помещают в канал после извлечения бура. Расширение осуществляется в противоположном направлении относительно бурения. В зависимости от целевого диаметра для его достижения может потребоваться несколько проходок. Обычно риммер помещают в канал после прокладки коммуникаций, однако сложных в условиях расширение выполняют сразу после бурения. Причем диаметр канала определяют на основе целевых коммуникаций: для трубопровода используют на 25% больший диаметр, в случае применения теплоизоляции берут запас в 50%.
Перед установкой труб их соединяют во избежание осыпания грунта. Далее стыкуют кольцевой расширитель со штангами. Коммуникацию стыкуют через вращающийся вертлюг с применением переходного элемента.

Для труб высокого давления пространство между внешней и внутренней трубами равномерно заполняют бентонитовым раствором.

Оборудование

Основные устройства для горизонтального бурения представлены установками направленного бурения (ГНБ или УГБ). Это профессиональное оборудование монтируют на передвижных шасси. Функциональная часть включает 3 узла.

  • Буровой элемент.
  • Водяная система охлаждения.
  • Панель управления.

К техническим характеристикам УГНБ относят следующие показатели.

  • Граничное усилие подтяжки.
  • Сечение создаваемого канала.
  • Максимальная длина канала.
  • Расход бетона.
  • Максимальный изгиб буровых штанг.

Помимо ГНБ при работах используется локационная система. Она обеспечивает контроль над буровым оборудованием. Система оснащена зондом, отслеживающим геолокацию бура.

Второстепенные компоненты представлены фиксаторами, скобами, переходниками, расширителями, генераторами, насосами, осветительным оборудованием.