Наклонно-направленное бурение

Наклонно-направленное бурение обширно используется в нефтегазодобыче. Это относительно новая технология. Она включает несколько методов, в том числе позволяющих создавать разветвленные сети скважин.

Общие особенности

Данная технология предполагает бурение скважин с отклонением по вертикали по предварительно заданному направлению. Таким образом, получаются скважины со сложным пространственным профилем с вертикальным верхним интервалом и отклоненным нижним.
Наклонными считают скважины с отклонением от вертикали более 2° при колонковом бурении и более 6° при глубоком.
Причем наклон скважины может образоваться как умышлено, так и ввиду естественных причин. К последним относят геологические условия, технические и технологические факторы.

К наклонно-направленным относят выработки с контролируемым направлением.
Такие скважины обширно используются при добыче углеводородного сырья, особенно при кустовом и многоствольном бурении.

История

Данная технология разработана в начале XX в. в США и впервые была использована в 1934 г. В СССР ее освоение происходило в 40 гг. (в 1941 г. на суше и в 1946-1947 г. на море).

Изначально для отклонения ствола от вертикали использовали уипстоки (клиновые уплотнители). Бурение осуществляли роторным методом. Однако такая технология характеризовалась низкой точностью: направленные скважины имели значительные отклонения от целевых азимутов.

К тому же на участках с отклонением от вертикали от 12° при необходимости дальнейшего изменения угла использовали забойную роторную компоновку с утяжеленными бурильными трубами и стабилизаторами, создающую отклоняющую нагрузку на долото. Эта технология предполагает переход между тремя компоновками для изменения направления ствола: опорной для набора угла, маятниковой для его снижения и стабилизированной для поддержания.

С 60 гг. ввели компоновку с забойным двигателем и кривым переходником. Последние изначально имели фиксированный угол наклона от 0,5 до 1°. Направление задавали поворотом бурильной колонны. Для изменения угла наклона заменяли переходник, подняв бур из скважины.

Позже появились варианты с изменяемым изгибом от 0 до 4°, не требующие извлечения на поверхность для регулировки. В совокупности с забойными двигателями они образуют управляемые двигатели, функционирующие двух режимах: роторном и скользящем. В первом случае вращательное усилие создается верхним приводом или роторным столом, во втором долото приводится забойным двигателем. В скользящем режиме азимутальный угол отклонения задают поворотом колонны, зенитный угол – изгибом управляемого переходника.

В последнее десятилетие прошедшего века началось внедрение роторных управляемых систем. Они предполагают изменение наклона скважины при роторном бурении без режима скольжения. Изначально они были рассчитаны на большие углы отклонения ствола, однако позже эти устройства приспособили для любых профилей.

Технология наклонно-направленного бурения в комбинации с многостадийным гидроразрывом пласта сделала экономически целесообразной добычу углеводородов из сланцевых формаций.

Современное состояние

Обширное распространение данного метода обусловлено его преимуществами.

• Возможность проложить конечный отрезок ствола по протяжению пласта с тем же наклоном.
• Возможность бурения в залежи с затрудненным или невозможным доступом сверху.
• Возможность кустового бурения с группировкой устьев скважин на одной площадке, что позволяет использовать для их создания одну установку, немного передвигая ее.
• Возможность создания глушащих скважин в чрезвычайных ситуациях (например, для прекращения фонтанирования). Их устье закладывают на безопасном расстоянии и доводят ствол до аварийной скважины с целью закачки глушильного раствора.

К тому же распространение наклонных скважин определяется высокой скоростью их бурения, в то время как ранее создание таких выработок занимало намного больше времени в сравнении с традиционными вертикальными. Это было связано с частыми остановками, обусловленными необходимостью проведения исследований профиля.

К настоящему времен еще несовершенна технология бурения скважин с наклоном более 40°. Здесь приходится использовать специализированное измерительное оборудование вместо традиционных кабельных средств. К тому же усложнена профилактика песчаных обвалов.

Особенностями наклонно-направленных скважин определяются способы их применения.

• Для разработки месторождений в сложных условиях (акваториях, заболоченной местности) и при необходимости сохранения ландшафта.
• При многоствольном бурении.
• Для увеличения дренажа путем проложения скважины вдоль продуктивного пласта.
• Для создания глушащих скважин.

Технологии

Существует 2 метода наклонно-направленного бурения.

• Прерывистый роторный. Предполагает использование долота меньшего диаметра относительно ствола для бурения с забоя и углубления под углом к оси скважины на длину бурильной трубы. При этом применяют клиновое или шарнирное устройство съемного или несъемного типа. Далее направление расширяют и углубляют. Затем переходят на долото нормального диаметра, сохраняя направление путем использования стабилизатора на нижней части бурильной колонны.
• Непрерывный турбинный. Для искривления ствола на долото воздействуют перпендикулярно его оси. Для этого используется переводник с перекошенными резьбами или искривленная бурильная труба.
• Комбинирование бурового оборудования. Этот метод не требует применения отклонителей, однако характеризуется низкой скоростью бурения на максимальных оборотах.

Искусственно отклоненные скважины дифференцируют на:

• наклонные и горизонтальные;
• многозабойные (разветвленно-наклонные и разветвленно-горизонтальные);
• многоствольные (кустовые).

Во втором случае из одного ствола бурят еще несколько. Такие выработки обычно используют для разведки и разработки нефтяных месторождений в высокоустойчивых пластах. Использование одного ствола упрощает бурение и ускоряет разработку.

Многозабойные скважин по форме дополнительных стволов дифференцируют на:

• радиальные (дополнительные стволы расположены перпендикулярно относительно основного);
• разветвленные (дополнительные стволы расположены под некоторым углом к основному);
• разветвленные по горизонтали (дополнительные стволы расположены под прямым углом к основному).

К тому же существует классификация по направлению бурения дополнительных стволов.

• Сверху вниз. Используются при продвижении от разрабатываемого пласта.
• Снизу вверх. Служит для сгущения сети разведки с целью уточнения или выяснения оставшихся запасов.

При кустовом методе с одной площадки прокладывают разветвленную серию забоев в несколько продуктивных пластов. Также этот метод используется для прокладки коммуникаций.

Существует 3 технологии кустового бурения:

• двухствольная последовательная;
• двухствольная параллельная;
• рехствольная.

Ответвления располагают в конусном или пирамидальном виде. Основание может быть округлой или многоугольной формы.
Выделяют следующие способы искусственного отклонения скважин от вертикали.

• Использование естественного залегания пластов. Скважины бурят на основе типовых трасс, построенных по данным естественного искривления, полученных из уже созданных скважин. Этот метод актуален только для хорошо изученных месторождений. К тому же он дорогостоящий ввиду повышенного объема бурения и дополнительных работ по изучению искривления
• Смена компоновок бурильного инструмента. Эта технология не предполагает использования отклонителей, но характеризуется невысокой производительностью форсированных режимов.
• Применение искусственных отклонителей (отклоняющих клиньев, кривых переводников, эксцентричных нипелей и т. д.).

Оборудование

При разведке на твердые полезные ископаемые для наклонно-направленного бурения применяют шпиндельные станки. Для наблюдений используются бескабельные измерительные системы, доставляемые на забой буровым инструментом.