Азимут плоскости действия отклонителя определяют по формуле

(9,4)

где ∆ показание инклинометра при замере в магнитном переводнике, градус; φ- азимут ствола скважины при замере в диамагнитной трубе, градус.

Описанный выше способ забойного ориентирования отклонителя наиболее широко применяют в практике отечественного бурения. Из­вестны и иногда используют и другие способы забойного ориентирова­ния отклонителя. К ним следует отнести ориентирование отклонителя при помощи самоориентирующихся приборов (приборы Шаньгина-Кулигина, Амбарцумова и т.п.), спускаемых в бурильные трубы. Прин­цип действия этих приборов основан на использовании эффекта отвеса, возникающего при наклонном положении прибора в скважине.

Забойное ориентирование отклонителя можно осуществлять при помощи инклинометра и диамагнитных труб без магнитного переводни­ка. В этом случае над отклонителем навинчивают диамагнитные трубы. В отклонитель вваривают так называемые ножи - продолговатые плас­тинки, с одной стороны имеющие зубья пилообразной формы. Два ножа устанавливают строго параллельно плоскости действия отклонителя, причем наклонная часть зубьев должна быть обращена в сторону отклонителя. Инклинометр с удлинителем со свинцовой печатью спус­кают в скважину и ставят на ножи. На ножах инклинометр выдерживают 3-5 мин, осторожно снимают с них и поднимают на поверхность. Далее проводят необходимые определения.

Телеметрические системы для ориентирования отклоняющих компо­новок позволяют проводить следующие операции в процессе бурения скважины:

ориентирование отклоняющей компоновки по заданному азимуту как в вертикальной, так и в наклонной скважине;

определение угла закручивания бурильной колонны под действием реактивного вращающего момента забойного двигателя;

проведение инклинометрических измерений.

Общая компоновка аппаратуры телеметрической системы дана на рис. 9.16. Глубинное измерительное устройство размещают непосред­ственно над отклоничелем или над отрезком УБТ, устанавливаемым для регулирования интенсивности изменения пространственного положения скважины. Внутри измерительного устройства в герметичном контей­нере размещены датчики для измерения азимута, зенитного угла и угла установки отклонителя, а также электронные преобразователи для частного модулирования полученных сигналов и передачи их на поверх­ность. Информация передается на поверхность по кабельному каналу связи, сбрасываемому через герметизирующее устройство вертлюга.

За рубежом телеметрические системы нашли широкое применение. Ни одна наклонно направленная скважина не бурится без такой системы. Известно много конструкций телеметрических систем, отличающиеся способами передачи сигналов на поверхность.

Компоновка низа бурильной колонны для безориентированного бурения. При каждом спуске любого из рассмотренных выше отклонителей требуется проводить их ориентирование, т.е. устанавливать плоскость действия отклонителя в заданном азимуте. Эти работы занимают много времени и требуют большой тщательности, так как неправильная установка плоскости действия отклонителя может свести на нет все предыдущие работы по набору угла наклона.

Способ безориентированного бурения наклонных скважин заключа­ется в том, что после искривления ствола в нужном направлении на некоторый угол (не менее 5-6⁰) в процессе одного или двух рейсов с отклонителями, последующее бурение осуществляют при помощи специальных КНБК, не требующих ориентирования. Путем подбора компоновок можно увеличивать или уменьшать угол наклона скважины с разной интенсивностью при незначительном изменении азимута. В качестве примера может служить компоновка, представленная на рис. 9.17. Она состоит из долота 1, короткого турбобура 2, расширителя 3, отрезка УБТ 4. Принцип работы такой компоновки в прямолинейном наклонном стволе 'заключается в том, что благодаря наличию точки опоры в месте контакта расширителя со стенкой скважины под действи­ем составляющей массы УБТ Р₂ на долоте возникает отклоняющее усилие. Величину и направление этого отклоняющего усилия опреде­ляют из соотношения моментов М и М', возникающих под действием перпендикулярных к оси бурильной колонны составляющих сил массы турбобура и долота Р^ и УБТ, установленной над расширителем, Р₂. Если М < М’ отклоняющее усилие направлено вверх и вызывает фре­зерование верхней стенки скважины, а при М > М' фрезеруется нижняя стенка скважины.

Особенности технологии бурения наклонни направленных скважин. При бурении наклонно направленной скважины верхнюю часть сква­жины бурят обычным методом. При этом режим бурения обычно ничем не отличается от режима бурения для вертикальных скважин. Верти­кальный и искривленный участки скважины бурят долотами одного и того же типоразмера, если окончание бурения вертикального участка ствола не было сопряжено со спуском колонны или кондуктора. Однако если при бурении мягких пород в вертикальной части скважины допус­кается применение долот лопастного типа, то при бурении интервалов, характеризующихся набором кривизны, независимо от проходимых пород рекомендуется применять трехшарошсчные долота.

Рис. 9.17. Компоновка низа бурильной колонны для безориентированного бурения с помощью короткого турбобура

Это обусловлено тем, что трехшарошечные долота при одних и тех же осевых нагрузках требуют значительно меньших вращающих момен­тов, работают они более плавно и угол закручивания колонны буриль­ных труб от реактивного момента на турбине меняется в значительно меньших пределах, чем при бурении долотами лопастного типа. Про­должительность первого рейса в твердых и крепких породах ограничи­вается стойкостью долота, а в мягких породах - необходимостью конт­рольного замера кривизны и азимута ствола скважины.

Обычно стремятся при первом (максимум при втором) рейсе набрать 5° с тем, чтобы в дальнейшем пользоваться забойным ориентированием бурильной колонны. Если замеры показывают, что интенсивность ис­кривления недостаточна, то при следующем рейсе забойный двигатель спускают с отклонителем, обеспечивающим более интенсивное искрив­ление, и, наоборот, если интенсивность искривления была чрезмерной, то с забойным двигателем спускают отклонитель, который обеспечивает меньший набор искривления.

В случае незначительного отклонения азимута искривления от про­ектного его можно корректировать в процессе последующих рейсов. Если из-за каких-либо причин полученный азимут резко отличается от проектного, то следует поставить цементный мост и забурить ствол в нужном азимуте. Особое внимание при наклонно направленном бурении должно быть обращено на качество бурового раствора.

При больших искривлениях индикатор веса часто не отражает факта" ческой нагрузки на забой скважины, что объясняется передачей части веса бурильной колонны на стенки скважины. В этих случаях необхо­димо периодически приподнимать бурильную колонну и иногда прово­рачивать ее.

Для ускорения процесса бурения наклонно направленных скважин и соблюдения заданного профиля по всему стволу должны быть выпол­нены следующие основные требования: 1) первый замер кривизны и азимута ствола скважины не должен иметь погрешностей; 2) первый ориентированный спуск бурильной колонны в скважину должен прохо­дить с соблюдением всех соответствующих правил; 3) работа должна проводиться только с исправными аппаратами для забойного ориенти­рования отклонителя; 4) кривизну и азимут ствола скважины следует систематически проверять инклинометром не реже чем через 50-75 м проходки; 5) все резьбовые соединения при спуске и наращивании инструмента должны крепиться машинными ключами.

Работы по креплению ствола скважин при наклонно направленном бурении, испытание скважин на герметичность, на приток нефти, а также каротажные работы ничем не отличаются от аналогичных работ при бурении вертикальных скважин.

§ 4. Кустовое бурение скважин

Кустовым бурением называют такой способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а забои находятся в точках, соответствующих геологической сетке разработки, нефтяного (газового) месторождения. Одним из главных преимуществ кустового бурения считается значительное сокращение земельных площадок, приходящихся на одну буровую, и сокращение за счет этого потрав сельскохозяйственных угодий. Кроме того, кустовое бурение скважин даст возможность значительно сократить строительно-монтажные работы в бурении, уменьшить объем строительства дорог, водопроводов, линий электропередач и связи, улучшить руководство буровыми работами и обслу­живание эксплуатационных скважин.

Наиболее выи одно вести кустовое бурение на морских месторожде­ниях, в горной, лесной и болотистой местностях, где возведение про­мысловых сооружений и строительство дорог и коммуникаций затруд­нены и требуют больших капиталовложений. Очень широкое распространие получило бурение наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. В сложных природно-климатических успениях на затапливаемой и сильно заболоченной тер­ритории выполняется большой объем буровых работ. Высокие темпы строительства скважин в сочетании с использованием кустового метода разбуривания месторождений предъявляют большие требования к уров­ню технологии наклонною бурения.

До начала бурения первой скважины составляется план куста, в кото­ром показывается расположение устьев скважин, очередность их буре­ния, направление перемещения буровой установки, проектные азимуты и отклонения забоев скважин. При этом необходимо, чтобы в направ­лении перемещения буровой установки располагалось минимально воз­можное количество проектных забоев скважин.

Очередность бурения скважин с кустовой площадки определяется в зависимости от величины угла, измеряемого от направления движения буровой установки до проектного направления на забой скважины по ходу часовой стрелки (рис. 9. IX).

Рис. 9.18. Определение очередности бурения скважин на кустовой пло­щадке:

1, 2; 3. 4, 5. 6, 7, 8- очередность бурения скважин; А - направление движения буровой установки; 1 - группа скважин, в которой каждая очередная забуривается с большей глубины, чем предыдущая при этом опасность встречи стволов минимальна; II a, II б - глубины зареки должны увеличиваться, как и для скважин первой группы; III - сначала бурят скважины с меньшим зенитным углом с максимальным вертикальным участком; глубина зарезки для каждой очередной скважины меньше, чем для предыдущей

Расстояние между устьями двух соседних скважин выбирается, ис­ходя из необходимости установки агрегатов для ремонта скважин, а также размещения станков-качалок. При выборе расстояния между устьями принимается во внимание также длина вертикального участка скважины, траектория ствола предыдущей скважины. При этом расстоя­ние между устьями двух соседних скважин должно быть не менее 3 м. Если предыдущая скважина искривлена в направлении движения буро­вой установки, то расстояние между устьями может быть увеличено.

При бурении наклонных скважин с кустовых площадок для сохране­ния вертикального верхнего участка ствола необходимо обеспечить следующее:

центровку вышки, горизонтальность ствола ротора;

соосность резьбовых соединений нижней части бурильной колонны и прямолинейность УБТ;

бурение верхнего интервала вести с проворотом инструмента, при необходимости использовать центрирующие устройства.

Расстояние по вертикали между точками забуривания наклонного ствола двух соседних скважин должно быть не менее 30 м, если разница в азимутах забуривания менее 10°; не менее 20 м, если разница состав­ляет 10-20°, и 10 м, если азимуты забуривания отличаются более чем на 20°.

Глубина забуривания наклонного ствола выбирается в зависимости от величины угла, измеряемого от направления движения буровой установки до проектного направления на точку по часовой стрелке:

если указанный угол равен 60-300°, то первая скважина забуривается с минимальной глубины; глубина забуривания каждой последующей скважины выбирается больше, чем предыдущей;

если угол между направлением движения буровой установки и проектным азимутом равен 60 120 или 240-300°, то допускается забуривание выше чем в предыдущей скважине;

при величине вышеуказанного угла, равной 0-60 или 300-360°, первая скважина забуривается с большей глубины, глубина забуривания каждой последующей скважины выбирается меньше, чем предыдущей.

При забуривании наклонного ствола выше, чем в предыдущей скважине и в случае, когда предыдущая скважина вертикальная, необ­ходимо выполнять следующие требования:

перед спуском отклонителя замерять угол и азимут первого участка профиля; при искривлении ствола более 1° забуривание вести с учетом опасности встречи стволов;

не допускать пересечение плоскостей бурящейся и ранее пробуренных скважин;

контролировать траекторию ствола двумя инклинометрами. При бурении скважин одного куста надо применять отклонители с одинаковой интенсивностью набора кривизны, не превышающей 2⁰ на 10 м.

Зона вокруг ствола скважины с радиусом, равным 1,5% текущей глубины рассматриваемой точки за вычетом длины вертикального участка, но менее 1,5 м, считается опасной с точки зрения встречи стволов. Если в процессе бурения выявляется, что возможно соприкос­новение опасных зон двух скважин, то бурение продолжается с соблюдением мер, исключающих повреждение обсадной колонны, или осу­ществляются работы по корректированию траектории скважины.

При сближении стволов необходимо делать промежуточные замеры, а именно: при бурении с отклонителем через 25 м, на прямолинейном участке через 200-300 м, контролировать взаимное положение стволов и расстояние между ними.

§ 5. Бурение многозабойных (многоствольных), горизонтально разветвленных и горизонтальных скважин

Многозабойными (многоствольными) считаются скважины, из кото­рых пробурены ответвляющиеся стволы для решения разных технико-геологических задач (рис. 9.19). Любая многозабойная скважина счи­тается наклонно направленной, так как для бурения нового ответвления требуется отклонить ствол от первоначального направления. Горизон­тально разветвленные скважины - разновидность многозабойных, так как их проводят аналогичными способами, но в конечном интервале бурения зенитный угол доводят до 90°.

Основные требования к конструкции многозабойной скважины сле­дующие:

ствол основной скважины должен позволять проходить к забоям стволов бурящейся скважины, отклоняющих компоновок требуемых геометрических параметров;

во всех интервалах ствола должна быть возможность искривления скважины с максимальной интенсивностью.

Рис. 9.19. Схема вскрытия многозабой­ными скважинами неравномерно прони­цаемых известняков

Рис. 9.20. Схема бурения горизон­тальной скважины

все участки скважины должны обеспечивать возможность крепления искривленных интервалов обсадными трубами;

по возможности ствол скважины должен позволять проведение гео­физических исследований.

Рассмотрим технологию проводки многозабойной скважины. До кровли продуктивного пласта или несколько выше бурят обычную скважины. От нее в продуктивном пласте в разные стороны бурят ответвления (дополнительные стволы). В первую очередь до проектной глубины проводится ствол, имеющий максимальное проектное отклоне­ние. Последующие дополнительные стволы забуривают из него после­довательно снизу вверх. В том случае, если продуктивный пласт сложен неустойчивыми породами, то ограничиваются бурением одного ствола с горизонтальным вхождением в пласт. После того, как пробурена многозабойная скважина, ее до места зарезки самого верхнего дополни­тельного ствола обсаживают колонной.

Для бурения резко пологих дополнительных пластов были разрабо­таны специальные компоновки низа бурильной колонны. Основная часть этих компоновок - короткий забойный двигатель, который позволяет искривлять стволы с радиусом кривизны порядка 25-50 м вместо 250 м и выше, получаемых при работе стандартными забойными двигателями. Кроме того, сравнительно небольшой вес и малая длина коротких забойных двигателей дает возможность значительно эффективнее ис­пользовать момент упругих сил, создаваемый обычными отклонителями.

В том случае если наклонно направленная скважина заканчивается горизонтальным участком, то она называется горизонтальной. Гори­зонтальная часть ствола скважины может достигать многих сотен метров (рис. 9.20). Процесс бурения таких скважин часто называется горизонтальным бурением.

Горизонтальное бурение, применяемое в течение многих лет, в последнее время используется во все возрастающих объемах. Благодаря достижениям в совершенствовании оборудования для горизонталь­ного бурения, оно превратилось из нового метода в надежный, прове­ренный процесс, который широко применяется у нас в стране и за рубежом.

Одним из важнейших направлений в области интенсификации до­бычи нефти и повышения нефтеизвлечения считается разработка нефтя­ных месторождений с помощью горизонтальных и горизонтально раз­ветвленных скважин. Опыт бурения многозабойных, горизонтально разветвленных и горизонтальных скважин показал, что достоверность ориентирования отклонителя в скважине с помощью инклинометра и магнитного переводника при углах наклона 30° и более существенно снижается, а при углах более 45° надежно сориентировать отклонитель не удается. При бурении горизонтальных скважин необходимо исполь­зовать специальный магнитный переводник с несколькими магнитами, размещенными в вертикальной плоскости, и специальный инклинометр для ориентирования отклонителя при больших зенитных углах.

Выводы

Скважины могут быть вертикальные и наклонные. В первом случае предпринимают меры для того чтобы скважина была вертикальной, во втором, наоборот, стремятся пробурить скважину с наклонным поло­жением ее оси.

Искривление стволов скважин происходит при любом способе буре­ния. Это происходит в результате воздействия как природных, так и технико-технологических факторов. Вследствие многообразия одно­временно действующих причин способствующих искривлению скважин, практически невозможно бурить их в строго вертикальном направлении. Все вертикальные скважины в той или иной степени искривлены. При бурении вертикальной скважины одна из главных задач не допустить значительного искривления ствола скважины. Для этой цели используют разные компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Выбранная КНБК должна обеспечивать возможность бурения на оптимальных режимах с минимальной интенсивностью искривления.

В нашей стране широкое распространение получило бурение наклонно направленных скважин забойными двигателями. Проводка таких скважин осуществляется по специальному профилю. Наиболее распро­странены четыре типа профиля. Профиль наклонной скважины должен быть выбран таким, чтобы при минимальной затрате средств и времени на ее проходку было обеспечено выполнение задачи, поставленной при бурении данной скважины. Бурение наклонной скважины по заданному профилю возможно в том случае, когда, начиная с момента забуривания от вертикального участка, отклоняющее устройство точно ориентирует­ся в проектном азимуте. Ориентировать отклоняющее устройство мож­но в процессе спуска бурильной колонны, контролируя его положение после навинчивания каждой свечи (ориентированный спуск бурильной колонны с отклонителем) и после спуска бурильной колонны с исполь­зованием специальных приборов, фиксирующих положение плоскости искривления отклонителя по отношению к плоскости искривления сква­жины (забойное ориентирование отклонителя).

Многолетний опыт бурения наклонных скважин привел к созданию многих видов наклонного бурения (двуствольное, кустовое, многозабойное и т.д.). Однако чаще применяют последовательное бурение нескольких наклонных скважин с ограниченной по размерам площади - кустовое бурение скважин. Этот вид бурения получил широкое рас­пространение в Западной Сибири. До начала бурения первой скважины составляется план куста, в котором показывается расположение устьев скважин, очередность их бурения, направление перемещения буровой установки, проектные азимуты и отклонения забоев скважин.

В последнее время широко применяется и такой вид бурения наклон­ных скважин, при котором достигается горизонтальное расположение скважин на конечных их интервалах. Проектируется и осуществляется разработка нефтяных месторождений с помощью горизонтальных и го­ризонтально разветвленных скважин.