Многоствольные и многозабойные скважины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Классификация скважин

2. Многозабойные скважины

3. Многоствольные скважины

4. Проблемы при проектировании многоствольных и многозабойных скважин

5. Проблемы при проектировании и строительстве многоствольных и многозабойных скважин на практике

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время нефть и газ являются важнейшими энергоносителями, обеспечивающими жизнедеятельность человечества. С каждым годом растет значение нефти в мировой экономике, что влечет рост ее добычи в мире. Но мировые запасы нефти не безграничны. Полнота извлечения нефти из пластов является в настоящий момент основной проблемой в нефтяной отрасли. Кроме того, на сегодня большинство оставшихся запасов углеводородного сырья относятся к трудноизвлекаемым. Они приурочены к залежам со сложным геологическим строением, низкой проницаемостью, высокой вязкостью нефти, наличием разломов, газовых шапок, зон малых нефтенасыщенных толщин, водонефтяных зон, зон вблизи населенных пунктов, заповедников, водных источников и их санитарно-защитных зон, а также к арктическому шельфу. Доля таких запасов неуклонно возрастает. Поэтому актуальность поиска технологий, позволяющих повысить коэффициент извлечения углеводородов, не вызывает сомнения. Одним из таких методов является применение технологии бурения многозабойных скважин и разработка месторождений на их основе.

Эффективность применения горизонтальных разветвленных скважин наиболее высока в залежах с высоконапорными пластовыми водами, подпирающими пропластки известняков (доломитов) значительной мощности с преимущественно вертикальной трещиноватостью, в залежах тяжелой нефти, в маломощных, неглубокозалегающих, истощенных залежах с низкой проницаемостью. Также их эффект очевиден при разбуривании переслаивающихся песчаников, имеющих большие размеры по площади, маломощных пластов-коллекторов, тонкослоистых пластов и труднодоступных линзовых пропластков.

Успешная многоствольная скважина, заменяющая несколько «традиционных», может снизить общие затраты на бурение и заканчивание скважин, увеличить продуктивность и обеспечить более эффективный приток нефти из пласта. Более того, применение многоствольных скважин может обеспечить более эффективное управление разработкой месторождения в целом и обеспечить повышение коэффициента излечения нефти.

Преимущества технологии строительства горизонтально-разветвленных скважин уже давно очевидны отечественным нефтедобывающим предприятиям. За отсутствием необходимости повторного бурения в вышележащих интервалах данная технология имеет ряд преимуществ:

· - экономия времени на бурение;

· - экономия средств на бурение и эксплуатацию;

· - уменьшение геологических рисков;

· - снижение вреда окружающей среде.

Такие недостатки, как сложность оборудования для заканчивания скважин, конструкция скважины, повышенные риски при установке, ремонте и извлечении оборудования нивелируются очевидными достоинствами данной технологии.

До 1997 года в отношении технологии многоствольного бурения было много путаницы. Не было универсальных устоявшихся терминов, описывающих технологию. Не хватало классификации различных видов многоствольных скважин по сложности, рискам, типам сочленения стволов. В конце концов, в 1997 году по инициативе Эрика Диггинса из компании Шелл был созван форум, названный «Technology Advancement - Multi-Laterals (TAML)». Целью форума было унифицировать подходы к дальнейшему развитию технологии бурения многоствольных скважин. На этом форуме эксперты из ведущих мировых нефтяных компаний поделились своим опытом использования технологии и пришли к единой классификации многоствольных скважин по сложности и функциональности.

ГРС по классификации TAML делятся на многоствольные и многозабойные скважины. Многоствольная скважина (МСС) - скважина, состоящая из одного ствола, из которого пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений) на различные продуктивные горизонты (пласты), при этом точка пересечения боковых стволов с основным стволом находится выше вскрываемых горизонтов. Многозабойная скважина (МЗС) - скважина, состоящая из основного, как правило, горизонтального ствола, из которого в пределах продуктивного горизонта (пласта) пробурен один или несколько боковых стволов.

В настоящее время в России объемы строительства МЗС и МСС постепенно увеличиваются за счет привлечения новых технологий бурения и заканчивания ГРС, представленных такими зарубежными компаниями, как Weatherford, Schlumberger, Halliburton, Baker Hughes.

скважина многоствольный многозабойный бурение



1. Классификация скважин

Вся совокупность технологий бурения различных видов многоствольных (разветвленных) скважин в англоязычных публикациях описывается термином Multi-Lateral Technology. В русскоязычных публикациях встречаются различные термины для описания этой технологии. Ниже приведены некторые термины, единообразно описывающие различные виды скважин и боковых стволов.

Неориентированный Боковой Ствол - боковой ствол скважины, пробуренный в произвольном азимутальном направлении без контроля траектории с помощью телесистемы при бурении данного бокового ствола.

Боковой Наклонно-Направленный Ствол (БННС) - боковой ствол скважины, пробуренный в соответствии с проектной траекторией с заданным углом и в заданном направлении (азимуте). При бурении наклонно-направленного бокового ствола управление и контроль за траекторией бокового ствола скважины должен осуществляться с помощью телесистемы в режиме реального времени.

Боковой Горизонтальный Ствол (БГС) - наклонно-направленный боковой ствол, содержащий участок с зенитным углом более 80°.

Горизонтально - Разветвленная Скважина (ГРС) - скважина, состоящая из основного ствола, из которого пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений). Горизонтально-разветвленные скважины можно подразделить на многоствольные (МСС) и многозабойные (МЗС).

Многоствольная Скважина (МСС) - скважина, состоящая из основного ствола, из которого пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений) на различные продуктивные горизонты (пласты), при этом точка пересечения боковых стволов с основным стволом скважины находится выше вскрываемых горизонтов.

Многозабойная скважина (МЗС) - скважина, состоящая из основного, как правило, горизонтального ствола, из которого в пределах продуктивного горизонта (пласта) пробурен один или несколько боковых стволов (ответвлений).

Международная классификация многоствольных скважин TAML (Complexity Ranking):

С возрастанием уровня растет и уровень сложности.

Уровень 1

Основной ствол и боковые ответвления не имеют крепления обсадными трубами или в каждом стволе подвешенный хвостовик. Прочность сочленения и его гидравлическая изолированность целиком зависит от свойств породы, в котором находится место сочленения.

Уровень 2

Основной ствол обсажен и зацементирован, боковой ствол имеет открытый забой или оснащен хвостовиком (фильтром). Сочленение гидравлически не изолировано.

Уровень 3

Основной ствол обсажен и зацементирован, боковой ствол обсажен без цементирования (возможно крепление у точки разветвления без цементирования).

Уровень 4

Основной и боковой стволы обсажены и зацементированы (боковой ствол имеет хвостовик (фильтр)).

Уровень 5

Основной и боковой стволы обсажены и зацементированы (технологическое оборудование для добычи крепится с использованием пакеров). Сочленение герметично. (Может быть, а может не быть зацементировано).

Уровень 6

Основной ствол имеет забойное разветвление и крепление оборудования для раздельной добычи. Сочленение герметично. (Использование только цемента для герметизации недостаточно).

Более наглядное представление об уровнях сложности по TAML дает следующий рисунок:

Конструктивно многоствольные и многозабойные скважины имеют основной ствол и несколько дополнительных стволов. Отличие многоствольной скважины от многозабойной в размещении точки разветвления ствола: у многоствольной скважины точка разветвления выше пласта, то есть скважина пересекает горизонт в нескольких местах; у многозабойной точка разветвления находится в пределах продуктивного горизонта, таким образом, скважина пересекает горизонт в одной точке.

На сегодняшний день все крупные нефтесервисные компании предлагают решения по строительству МЗС 4-го уровня по TAML, однако проведенный анализ показал, что применяемые ими технологии не позволяют целиком решить весь комплекс сопутствующих технических задач. Технология LatchRite с предварительной вырезкой окна компании Halliburton не позволяет осуществлять строительство боковых стволов на уже построен- ных скважинах. Технология компании Schlumberger RapidConnect не по- зволяет осуществлять цементирование стыка, что является существенным недостатком. Технология компании Baker Hughes Hook Hanger является одним и наиболее оптимальных решений при строительстве бокового ствола, однако при ее применении происходит сужение диаметра материнской колонны в области около стыка, поэтому выполнение сервисных операций затруднено и в некоторых случаях невозможно. Необходимо отметить, что например, на месторождениях Западной Сибири варианты заканчивания многоствольных скважин ниже 4 уровня по международной классификации TAML не удовлетворяет требованиям разработки месторождений по геологическим условиям. Прежде всего, это связано с наличием в разрезах неустойчивых (слабосцементированных) пород, что обуславливает обязательное крепление бокового ствола. Выполнение по классификации TAML 6 в наших условиях не эффективно по экономическим причинам, так как строительство одной МЗС превышает стоимость бурения двух отдельных наклонно-направленных скважин.

2. Многозабойные скважины (МЗС)

Основным преимуществом многозабойных скважин является снижение фильтрационных сопротивлений за счет наличия ответвлений от основного горизонтального ствола. Данный фактор является первичным. Вторичными факторами являются: увеличение коэффициента продуктивности, дебита, нефтеотдачи пласта, сокращение затрат на строительство скважины в себестоимости добычи нефти и др. Кроме снижения фильтрационных сопротивлений применение многоствольных скважин увеличивает вероятность нахождения участков пласта с хорошими коллекторскими свойствами. Именно в связи с этой причиной получены кратные увеличения продуктивных характеристик многоствольных скважин.

Наклонно-направленные многозабойные скважины - это скважины, которые состоят из нескольких стволов, изначально ответвляющихся от одного общего. Наклонными они называются из-за того, что для бурения дополнительной ветви следует сделать отклонение от первоначальной. Если же многозабойная скважина является горизонтально-разветвленной, показатель зенитного угла при бурении доходит до 90 градусов. Бурение многозабойных горизонтально-разветвленных скважин применяют для повышения эффективности добычи и максимальной разработки пластов месторождений.

Строительство многозабойной скважины предполагает бурение нескольких ответвлений от основного ствола. Эти ветви совсем не обязательно будут продуктивными. Их функция может быть и в нагнетании достаточного давления для извлечения нефти из пластов. Если нефтяное месторождение находится на мощных доломитовых пластах, характеризующихся вертикальной трещиноватостью, горизонтально-разветвленные скважины позволяет значительно повысить объемы добычи. Наибольшая эффективность достигается при подпоре залежи водой.

На больших площадях переслаивающихся песчаников горизонтально-разветвленные многозабойные скважины тоже показывают свою эффективность. Естественно, что промышленная проводка и эксплуатация начинаются только после того, как будут выполнены геофизические исследования. Если геологические условия участка на определенной глубине являются схожими, достаточно изучить только один вертикальный ствол. Ответвления проверяются более тщательно, с оценкой углов наклона и протяженности стволов.

Для бурения многозабойных скважин используется стандартное буровое оборудование. По ряду параметров определяются оптимальные показатели грузоподъемности и мощности такой техники. Учитываются силы сопротивления, возникающие при резком искривлении и в стволах с горизонтальным направлением. Правильное соблюдение данных критериев гарантирует корректную работу обсадной и бурильной колонны. Три основных требования к конструкции многозабойной скважины:

· свободный проход по стволу скважины к забоям;

· должна быть предусмотрена возможность для интенсивных искривлений в любой части ствола;

· возможность крепления любого интервала скважины с помощью обсадных труб.

Кроме того, строительство ствола должно обеспечивать возможность выполнения геофизических исследований.

Строительство многозабойных скважин позволяет реализовать все возможности технологий, в рамках которых происходит направленное и горизонтальное бурение. Нефть извлекается из стволов, максимально приближенных к вертикальному направлению, тогда как остальные ветви используются в качестве дренажных каналов - по ним добываемое сырье поступает к главному стволу из отдаленных нефтеносных участков пласта.

В процессе разработки месторождения могут оставаться трещины и линзы с высокой продуктивностью - многозабойные горизонтальные скважины могут использоваться для извлечения нефти на таких участках. Многозабойные скважины могут существенно различаться по форме - бурение ответвлений возможно на любом участке основного ствола, допускаются различные искривления и углы отклонения. При необходимости возможно создание не горизонтально-направленных скважин, а с определенным наклоном к пласту. Выделяются следующие типы многозабойных скважин:

· наклонно-направленные разветвленные;

· горизонтально-разветвленные скважины;

· радиальные скважины.

Разветвленные наклонно направленные скважины состоят из основного ствола, обычно вертикального, и дополнительных наклонно-направленных стволов.

Горизонтально разветвленные скважины - это разновидность разветвленных наклонно направленных скважин, так как их проводят аналогичным способом, но в завершающем интервале дополнительного ствола его зенитный угол увеличивают до 90є и более.

У радиальных скважин основной ствол проводят горизонтально, а дополнительные - в радиальном направлении.

Выбор формы разветвления скважин зависит от толщины продуктивного пласта и его литологической характеристики, наличия или отсутствия над ним пластов, требующих изоляции. Радиусы искривления стволов и глубины мест забуривания зависят от пластового давления, режима движения жидкостей в пласте и применяемых мер по поддержанию пластового давления. Профили стволов, их длинна и число ответвлений зависят от степени неоднородности продуктивного пласта, толщины пласта, литологии, распределения твердости пород, степени устойчивости разреза. Рекомендации на составление проекта МЗС для каждого конкретного месторождения должны выдаваться в результате совокупного рассмотрения указанных геолого-технических условий.

Стоит отметить, если конкретная многозабойная скважина горизонтально-разветвленная, это не значит, что стволы являются горизонтальными на всей своей протяженности. Бурение многозабойных горизонтально-разветвленных скважин проходит по той же технологии, что и наклонных, а зенитный угол достигает 90 градусов только к завершающему интервалу.

Для выбора разветвления необходимо ориентироваться на толщину, которую имеет продуктивный пласт. Кроме того, значение имеет и литологическая характеристика. Нужно учитывать пласты, которые до начала разработки должны быть изолированы. Профиль и другие параметры ствола (длина, количество ветвей) многозабойной горизонтальной скважины определяют по следующим критериям:

· уровень неоднородности нефтеносного пласта;

· толщина пласта;

· литология;

· устойчивость разреза;

· твердость пород в пласте и ее распределение.

Многие коллекторы долгое время считались низкопродуктивными, так как технологии одноствольного бурения не показывали достаточной эффективности - вплоть до полного отсутствия рентабельности. Строительство многозабойных горизонтальных скважин решает эту проблему, причем строительство не только «с нуля», но и на основе уже действующих стволов. Использование горизонтальной технологии позволяет решить следующие задачи:

Сокращается количество скважин на месторождении, что особенно важно при разработке залежей на шельфе. На суше также сокращается строительство инфраструктуры.

Увеличиваются объемы добычи, повышается нефтеотдача пласта.

Скважины обводняются намного медленнее.

Эффективная работа с пластами с низкой проницаемостью, с линзовидными залежами, с большой вертикальной трещиноватостью.

Если кривизна многозабойной горизонтальной скважины превышает 190 метров, такой радиус считается большим. Строительство ведется со значительным отклонением от вертикального направления, а протяженность ствола по горизонтали может достигать 1,5 километра. Радиус кривизны в пределах от 60 до 190 метров считается средним, оптимальная длина ствола здесь составляет от 450 до 900 метров. Малая протяженность ответвления способствует повышению экономичности скважины, так как ствол точно попадает в нужный участок.

Когда разрабатываемый пласт достаточно большой по толщине - от 100 метров и более - строительство многозабойных горизонтальных скважин может вестись в несколько уровней. Данная разновидность технологии часто применяется для пластов, содержащих нефть с высокой вязкостью. Средний уровень ответвлений при этом используется для закачки теплоносителя, а остальные - непосредственно для отбора добываемого сырья.

Методы строительства многозабойных скважин могут существенно отличаться в зависимости от конкретного месторождения и его геологических характеристик, но общая технология остается практически неизменной. Порядок действий выглядит следующим образом:

К продуктивному пласту бурится традиционная скважина. Уже в самом пласте пробуриваются горизонтальные ответвления, с первоначальным строительством ствола, имеющего максимальный угол отклонения. Строительство остальных стволов - последовательное, от нижнего к верхнему.

Большое количество стволов допускается только в пластах с высокой устойчивостью пород. Если же породы неустойчивые, допускается строительство только одного ответвления, которое будет входить в пласт горизонтально. На участке зарезки верхнего из ответвлений монтируется обсадная колонна. Приведенная технология строительства многозабойных скважин является наиболее распространенной и надежной, она давно показала свою высокую эффективность. Изменения возможны при нестандартных условиях - например, при разработке пологих пластов.

Существует ряд технологий строительства мнозабойных скважин, ниже представлены некоторые из них:

Известен «Бесклиновой способ бурения многозабойной скважины (МЗС)», включающий углубление ее основного ствола большего диаметра и бурение дополнительных стволов меньшего диаметра, при этом основной ствол скважины углубляют после окончания бурения ее очередного дополнительного ствола.

Этот способ имеет существенный недостаток из-за того, что затруднено управляемое попадание скважинным инструментом в дополнительные стволы. Это особенно сильно скажется при разработке нефтяных залежей с низкой проницаемостью, т.к. возникает необходимость частой обработки призабойной зоны.

Альтернативной технологией является «Бесклиновой способ бурения многозабойной скважины», включающий углубление ее основного ствола большего диаметра и бурение дополнительных стволов меньшего диаметра, при этом основной ствол скважины углубляют после окончания бурения ее очередного дополнительного ствола, но после окончания бурения дополнительного ствола в основную скважину спускают жесткий колонковый снаряд для сохранения заданного направления основного ствола, и продолжают углубление основного ствола до глубины зарезания второго дополнительного ствола.

Однако и этот способ не гарантирует избирательного попадания в необходимый ствол скважины, а также сложный в исполнении, т.к. требует использования нескольких бурильных компоновок для расширения и бурения стволов, в том числе жесткого колонкового снаряда.

Один из путей решения данной задачи пресдтавлен в сдедующем виде:

Техническая задача изобретения - выполнение работ по бурению многозабойной скважины малым количеством бурильных компоновок с применением серийно выпускаемого отечественного бурового оборудования, а также обеспечение избирательного входа скважинным инструментом в любой дополнительный ствол с целью проведения технологических работ (промывка, кислотная обработка призабойной зоны, изоляционные работы, геофизические и гидродинамические исследования и др.) и избирательного отключения стволов при их обводнении для дальнейшей эксплуатации скважины.

Техническая задача решается способом бурения многозабойной скважины, включающим бурение основного ствола большего диаметра и бурение дополнительных стволов меньшего диаметра.

Новым является то, что основной ствол в продуктивном пласте скважины бурят в наклонном и/или горизонтальном направлении с отклонением забоя вниз к подошве продуктивного пласта, после чего из наклонного и/или горизонтального участка основного ствола бурят вниз последовательно от забоя основного ствола дополнительные стволы последовательно уменьшающегося диаметра.

Новым является также то, что основной и дополнительные стволы бурят так, чтобы абсолютная отметка уровня забоя каждого следующего пробуренного ствола располагалась выше предыдущего.

На Фиг.1 показана схема бурения МЗС на вертикальной плоскости.

На Фиг.2 показана схема забуривания дополнительных стволов в поперечном разрезе.

Способ показан на двух примерах конкретного выполнения (данные по второму примеру показаны в квадратных скобках).

По стандартной технологии бурится, спускается в скважину эксплуатационная колонна 1 (см. Фиг.1) диаметром 244,5 [177,8] мм до кровли 2 продуктивного пласта 3 и цементируется до устья. Затем из-под эксплуатационной колонны 1 долотом диаметром 215,9 [155,6] мм бурится основной ствол 4, то есть его наклонный и/или горизонтальный участок с отклонением забоя 5 вниз к подошве 6 продуктивного пласта 3. По достижении проектного забоя 5, в основном стволе 4 от забоя до места забуривания первого дополнительного ствола 7 проводится обработка призабойной зоны (ОПЗ), и ствол консервируется вязкоупругой системой (ВУС) 8 заполнением участка скважины ниже места забуривания первого дополнительного ствола (см. Фиг.1) для защиты уже пробуренного ствола от попадания загрязнений и вымывания реагентов, использованных при ОПЗ. Затем ориентированно вниз с нижней стенки основного ствола в секторе 45 [60] градусов (см. Фиг.2) забуривается первый дополнительный ствол 7 с использованием долота диаметром 155,6 [143,9] мм в направлении и разворотом на абсолютную отметку 1-1,5 м выше, чем абсолютная отметка основного ствола 4 в месте забуривания. После бурения 5 [7] метров первый дополнительный ствол 7 может быть направлен по проектному азимуту и добурен до проектной глубины (см. Фиг.1). После этого в первом дополнительном стволе 7 проводится ОПЗ и ствол консервируется установкой ВУС 8 на участке до места зарезания второго дополнительного ствола 9. Затем проводится забуривание второго дополнительного ствола 9. Второй дополнительный ствол 9 забуривается диаметром 139,7 [124] мм, также в направлении на абсолютную отметку на 1-1,5 м выше, чем абсолютная отметка первого дополнительного ствола 7 в месте зарезания. По окончании бурения второго дополнительного ствола 9 производится ОПЗ ствола, консервация закачиванием ВУС (см. фиг.1). Затем по вышеописанной схеме производится забуривание и проводка третьего дополнительного ствола 10 диаметром 124 [98,3] мм. После добуривания третьего дополнительного ствола до проектной глубины проводится ОПЗ и расконсервация скважины вымыванием ВУС во всех ранее установленных интервалах. При этом направление по горизонтали основного 4 и дополнительных стволов 7, 9 и 10 регламентируется только нахождением в продуктивном пласте. Для избирательного входа колонны труб в каждый ствол 4, 7, 9 и 10 (см. Фиг.1), в начало компоновки последовательно включается направляющий ограничитель с разными диаметрами (не показан). Вход в основной ствол 4 (первый пример) обеспечивает ограничитель диаметром 190 мм, который исключает попадание колонны НКТ в дополнительные стволы 7, 9, 10 с меньшими диаметрами (155,6 мм, 143,9 мм, 124 мм и др.). Ограничитель диаметром 150 мм (второй пример) позволяет попасть в основной ствол диаметром 155,6 мм, но не в 143,9 и 124 мм. Для входа в требуемые дополнительные стволы 7, 9, 10 последовательно спускают в скважину колонну труб с включением последовательно в компоновку направляющих ограничителей диаметрами 135 мм, 120 мм и 90 мм.

После этого в скважину спускают скважинное оборудование (не показано), производят ее освоение и пуск в эксплуатацию.

Предлагаемый способ бурения многозабойной скважины позволяет бурить многозабойную скважину малым количеством бурильных компоновок с применением серийно выпускаемого отечественного бурового оборудования, а также обеспечивает избирательный вход скважинным инструментом в любой дополнительный ствол с целью проведения технологических работ (промывка, кислотная обработка призабойной зоны, изоляционные работы, геофизические и гидродинамические исследования и др.) и выборочное отключение обводненных стволов для дальнейшей эксплуатации скважины.

1. Способ бурения многозабойной скважины, включающий бурение основного ствола большего диаметра и бурение дополнительных стволов меньшего диаметра, отличающийся тем, что основной ствол в продуктивном пласте скважины бурят в наклонном и/или горизонтальном направлении с отклонением забоя вниз к подошве продуктивного пласта, после чего из наклонного и/или горизонтального участка основного ствола бурят вниз последовательно от забоя основного ствола дополнительные стволы последовательно уменьшающегося диаметра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основной и дополнительные стволы бурят так, чтобы абсолютная отметка уровня забоя каждого следующего пробуренного ствола располагалась выше предыдущего.

Известен другой бесклиновой способ бурения многозабойной скважины, включающий бурение основного и дополнительных стволов, причем углубление основного ствола осуществляется после окончания бурения очередного дополнительного.

Этот способ имеет существенный недостаток из-за того, что дополнительные стволы бурятся меньшими диаметрами, чем основной, что уменьшает поверхность фильтрации продукции. Это особенно сильно скажется при разработке нефтяных залежей с низкой проницаемостью.

Кроме того, для проведения ремонтных - изоляционных работ возникает необходимость применения различных компоновок бурильного инструмента, соответствующего уменьшенному диаметру дополнительного ствола, а это приводит к потере времени на организационные работы по сборке компоновок и как следствие большим материальным затратам.

Известен также бесклиновой способ бурения многоствольной скважины (патент RU № 2214496, МПК Е 21 В 7/06, опубл. Бюл. № 29 от 20.10.2003 г.), включающий бурение основного ствола и дополнительных стволов, причем углубление основного ствола осуществляют поинтервально после окончания бурения дополнительного ствола, при этом основной горизонтальный ствол до намеченного места дополнительного ствола бурят компоновкой с центраторами, стабилизирующими его направление, затем компоновкой с винтовым забойным двигателем с инменяемым углом перекоса, расширение последнего долотом со смещенным центром в интервале зарезки дополнительного ствола с созданием за ним забоя, с которого бурят следующий участок основного ствола прежним диаметром, причем радиус забуривания основного горизонтального ствола равен радиусу забуривания дополнительного ствола.

Данный способ предусматривает сборку, спуск на забой и работу тремя компоновками (для бурения основного ствола, для бурения дополнительного ствола, для расширения участка ствола для дальнейшего бурения основного ствола), что требует дополнительных затрат времени на выполнение сборки компоновок, спускоподъемных работ и работ по расширению скважины после бурения каждого дополнительного ствола, а также наличия на скважине для расширения основного ствола дополнительных долот со смещенным центром.

Технической задачей способа бурения многоствольной скважины изобретения является снижение времени на спускоподъемные операции за счет снижения их числа, использование меньшего количества инструментов за счет исключения работ, связанных с расширением основного ствола, и увеличения площади фильтрации за счет разноса дополнительных стволов в разных направлениях от основного ствола.

Поставленная техническая задача решается бесклиновым способом бурения многозабойной скважины, включающим бурение основного и дополнительных стволов, при этом углубление забоя основного ствола осуществляют поинтервально после окончания бурения очередного дополнительного ствола, который бурится с забоя основного ствола, причем радиусы забуривания основного и дополнительных стволов равны между собой.

Новым является то, что дополнительные стволы бурят компоновкой с отклонителем или кривым переводником для набора зенитного угла не менее 90 градусов, а забой основного ствола углубляют поинтервально прямой компоновкой тем же долотом, без расширения основного ствола.

Новым также является то, что азимуты дополнительных стволов разводят по противоположным направлениям.

Новым также является то, что направления дополнительных стволов разводят как по горизонтали, так и по вертикали.

На фиг.1 изображена схема размещения и профили стволов многозабойной скважины по вертикали.

Способ осуществляется следующим образом.

Основной и дополнительные стволы бурятся одним диаметром и с использованием всего двух компоновок для бурения (фиг.1). До кровли продуктивного пласта 1 спускается эксплуатационная колонна 2 и цементируется. После этого собирается бурильная компоновка для набора зенитного угла не менее 90 градусов с отклонителем или с кривым переводником (на фиг.1 не показана), бурится основной ствол 3 и первый дополнительный ствол 4 по восходящему профилю (по схеме "кровля-подошва-кровля" продуктивного пласта 1) и выполняется комплекс геофизических исследований скважины (ГИС). По результатам ГИС могут быть изменены забой 5 и направление дополнительного ствола 4. Затем собирается прямая бурильная компоновка (на фиг.1 не показана) и производится бурение основного ствола 3 с нижней отметки первого дополнительного ствола 4 в продуктивном пласте 1 для углубления забоя (на фиг.1 не показана) до следующего интервала дополнительного ствола. После этого собирается бурильная компоновка с отклонителем или с кривым переводником, спускается на забой основного ствола 3' и производится бурение дополнительного ствола 4' в направлении, определенном геофизическими исследованиями, например в противоположную сторону от предыдущего дополнительного ствола, затем проводится комплекс ГИС. Технологические операции по бурению основного 3', 3''' и дополнительных стволов 4'', 4''' повторяются поочередно, по количеству дополнительных стволов, аналогично вышеописанным. Направления (азимуты и наклоны) дополнительных стволов 4 располагают по противоположному направлению друг от друга или в направлении нефтеносных зон в продуктивном пласте 1 (в зависимости от эффективной нефтенасыщенной толщины продуктивного пласта дополнительные стволы могут быть разведены как по вертикали, так и по горизонтали). При этом дополнительные стволы имеют различные глубины и направления стволов, что обеспечивает определяемое попадание в них при проведении любых технологических операций в скважине.

Предлагаемый бесклиновой способ бурения многозабойной скважины позволяет сократить затраты материалов и времени за счет уменьшения количества применяемых бурильных компоновок, увеличить площадь фильтрации и охват продуктивного пласта дренированием, а также кратно увеличить дебит нефти за счет отбора ее из разных уровней продуктивного пласта с максимальным использованием сил гравитации.

1. Бесклиновой способ бурения многозабойной скважины, включающий бурение основного и дополнительных стволов, при этом после окончания бурения очередного дополнительного ствола, который бурят с забоя основного ствола, осуществляют поинтервально углубление забоя основного ствола, при этом радиусы забуривания основного и дополнительного стволов равны между собой, отличающийся тем, что основной и все дополнительные стволы бурят компоновкой для набора зенитного угла не менее 90° с отклонителем или кривым переводником, а поинтервальное углубление забоя основного ствола производят прямой компоновкой, при этом основной и дополнительные стволы бурят одним диаметром без расширения основного ствола.

2. Бесклиновой способ по п.1, отличающийся тем, что азимуты дополнительных стволов разводят по противоположным направлениям.

3. Бесклиновой способ по п.1, отличающийся тем, что направления дополнительных стволов разводят как по горизонтали, так и по вертикали.

Каждая нефтедобывающая компания стремится к максимальной экономической эффективности при разработке месторождений, и потому базовые технологии строительства многозабойных скважин постоянно совершенствуются. Главное направление разработок на сегодняшний день - технологии, позволяющие возвращать скважины к горизонтам на разных уровнях, чтобы добыть максимального извлечения нефти. По сути, компания разрабатывает новое месторождение, но уже располагает на этом участке всей необходимой инфраструктурой.

3. Многоствольные скважины (МСС)

Многоствольные скважины все больше применяют в практике геологоразведочных работ и при решении ряда других задач. Основой для разработки типовых профилей многоствольных скважин являются типовые профили одноствольных скважин и геологические условия того или иного месторождения. Исходя из этого, могут быть определены основные типы профилей многоствольных скважин, из которых можно составить большое количество вариантов.

Многоствольные скважины позволяют сократить общий объем бурения, снизить затраты времени и средств на монтажно-демонтажные работы, прокладку коммуникаций, строительство подъездных путей, транспортировку бурового оборудования и инструмента.

Многоствольная скважина - это скважина с ответвлениями, направленно отбуренными от основного ствола и получившими название дополнительных стволов. В многоствольной скважине основным стволом условно можно считать ствол максимальной протяженности, выходящий на дневную поверхность. Многоствольные скважины в эксплуатационном бурении были применены для интенсификации добычи; в разведочном бурении на твердые полезные ископаемые с помощью многоствольных скважин решают различные задачи.

Многоствольные скважины особенно широко применяют при разведке крутопадающих залежей при небольшом расстоянии между точками подсечения залежи по разведочной линии, а в некоторых случаях дополнительные стволы многоствольных скважин выходят и на соседние линии.

Бурение многоствольных скважин на нефтяных месторождениях Шрейдер Блафф и Вест Сак позволило значительно уменьшить себестоимость добываемой нефти за счет сокращения общего числа скважин и понизить расходы на подъемники при выполнении ремонтных работ. Также сильно уменьшилось количество песка, выносимого из пласта. Кроме того, значительная экономия средств была получена от не связанных с бурением аспектов.

Бурение многоствольных скважин обеспечивает наибольший эффект по сравнению с другими прогрессивными способами разведки. Это достигается за счет значительного сокращения объемов и сроков работ, хотя себестоимость 1 м скважины возрастает.

Профиль многоствольной скважины выбирается, исходя из возможности пробурить максимальное число дополнительных стволов.

Применение многоствольных скважин при поисках погребенных рифовых массивов значительно экономит время и средства.

Для горизонтальных и многоствольных скважин еще в большей мере, чем для вертикальных, целесообразно применение технологий с предельным энергосберегающим дебитом.

Бурение вертикальных, наклонно-направленных и многоствольных скважин должно осуществляться при строгом контроле за их положением в пространстве. Поэтому при составлении технологии бурения в зависимости от направления оси скважины в одном случае приходится разрабатывать мероприятия по предупреждению естественного искривления ( вертикальные скважины), в другом - вести расчеты по искусственному искривлению скважины и сохранению заданного профиля.

Так как многоствольные скважины бурят с целью сокращения объемов проходки с сохранением детальности и достоверности проводимых исследований, большое значение приобретает длина дополнительных стволов, с которой связаны их кривизна и угол встречи.

Основной ствол многоствольной скважины проектируется в соответствии с выявленными закономерностями естественного искривления. В плане основной ствол направляется по оптимальному азимуту вкрест простирания главного.

При бурении многоствольных скважин решаются те же задачи, только в этом случае определяются еще и места или глубины заложения дополнительных стволов.

При бурении многоствольных скважин возникает новая технологическая операция - отклонение, или зарезка дополнительного ствола от основного. Зарезка дополнительных стволов от основного осуществляется с естественного забоя, когда основной ствол пройден до расчетной точки отклонения дополнительного и первоначально будет пройден этот дополнительный ствол с последующей проходкой основного, или с искусственного забоя - моста, перекрывающего основной уже пробуренный ствол в намеченной точке отклонения.

Методика бурения многоствольной скважины сверху вниз требует проходки дополнительных стволов, которые отклоняются от основного с естественного забоя, в последовательности 3, 2, 1, и применяется в сложных геологических условиях. При этой методике все стволы скважины могут быть одновременно открыты для исследований до начала ликвидационных работ.

При бурении многоствольных скважин в вертикальной плоскости существенное значение имеет вес отбурочного снаряда.

Проектирование профилей многоствольных скважин основывается также на рассмотренных факторах, но еще с большим учетом требований методики разведки. Учитывая требования, предъявляемые к профилям геологоразведочных скважин, закономерности их искривления и все возможности направленного бурения, можно наметить ряд типовых профилей одно - и многоствольных скважин.

Выбранный тип профиля многоствольной скважины должен быть в конечном итоге экономически и методически целесообразен, а также технически осуществим.

Интересный опыт бурения многоствольных скважин для опробования с целью отбора технологических проб весом 5 - 6 т накоплен в Белгородской экспедиции на Яковлевском месторождении КМА.

Такой тип профиля многоствольных скважин используется при разведке пластообразных или линзообразных залежей, приуроченных к структурам типа опрокинутых синклинальных или антиклинальных складок или к складкам второго и третьего порядка.

Профиль основного ствола многоствольной скважины подбирается по тем же признакам, что и при проектировании одноствольных скважин с учетом последовательности бурения всех стволов. Форма профиля дополнительных стволов может быть прямолинейной, криволинейной и комбинированной.

Последовательность бурения стволов многоствольной скважины определяется с учетом содержания решаемой задачи, требований методики разведки и возможностей направленного бурения. Наиболее универсален профиль комбинированного типа.

Для определения целесообразности проектирования многоствольных скважин на конкретных месторождениях следует производить расчет экономической эффективности.

Большой интерес представляет бурение многоствольных скважин для отбора технологических проб полезных ископаемых (керноотбор).

При этом разрабатываются технические средства для бурения многоствольных скважин, инклинометры и средства (способы) их доставки в горизонтальную скважину и пр.

Разработано несколько вариантов бурения многоствольных скважин:

Снизу - вверх. Основной ствол бурится на предельную глубину для подсечения наиболее глубокозалегающего горизонта изучаемого объекта, а забуривание дополнительных стволов -- для подсечения полезного ископаемого от нижних горизонтов к вышерасположенным. Геофизические исследования должны выполняться сразу же после окончания бурения каждого ствола. Такая методика рациональна при проведении работ по сгущению разведочной сети, например, при переходе предварительной разведки к детальной и повышению категорийности запасов полезного ископаемого; она наиболее рациональна для разведки пологозалегающих пластов, крутопадающих зон сравнительно выдержанных по мощности на значительные глубины столбообразных, штокверковых и тому подобных тел и др.

Сверху - вниз. Осуществляется бурение основного ствола скважины до определенной глубины, на которой в результате резкого искривления забуривается первый дополнительный ствол для подсечения верхнего горизонта рудного тела. Далее продолжается бурение основного ствола до следующего интервала и на этой глубине забуривается второй и последующие дополнительные стволы, в том числе и из ранее пробуренных дополнительных стволов. По этой схеме осуществляется изучение промышленной минерализации по глубине ее распространения от верхних к нижним, а также в параллельных геологических разрезах, с сохранением геологического принципа последовательности разведки месторождений от изучаемого к неизвестному, что позволяет прекратить бурение скважины в случае выклинивания рудной зоны. При этом методе основной ствол остается свободным, что позволяет выполнять весь комплекс последующих геофизических исследований в процессе бурения каждого ствола. Методика рациональна для поисков и разведки месторождений, имеющих сложное строение зоны полезного ископаемого: непостоянную, изменчивую мощность, крутое падение (более 40--50%), значительную протяженность по глубине, неравномерное содержание полезного ископаемого в изучаемом объекте и неравномерное распределение полезного компонента в блоках промышленного содержания и др.

Паралельный. Основной ствол бурится параллельно крутопадающей рудной зоне с висячего или лежащего бока, а дополнительные стволы из него по I или II методу, в том числе с переводом по азимуту на 180 град. (впервые опробован в Центральном Казахстане и в Норильском районе).

Отбуривание компоновками КПИИ, СПИ и др.

Бесклиновой способ забуривания дополнительных стволов при сооружении многоствольных скважин по схеме сверху вниз, известный как способ ТПИ1, заключается в следующем. После соответствующей проработки висячей стенки скважины в интервале интенсивного искривления с помощью снаряда фрезерующего типа отклоняемый ствол добуривают до заданной глубины. Затем в скважину опускают жесткий буровой снаряд длиной 8 - 12 м диаметром, соответствующим основному стволу.

Схема постановки пробки-забоя ПЗ и стационарного клина КОС для забуривания дополнительного ствола. А - гидропривод, Б - пробка-забой, В - клин, Г - забуривание дополнительного ствола. 1 - переходник, 2 - поршень, 3 -шарик, 4 - шток, 5 - корпус гидропривода, 6 - втулка, 7 - ниппель, 8 - конус распорный, 9 - плашки, 10 -корпус пробки, 11 - направляющий шток, 12 - установочный патрубок, 13 - желоб, 14 - конуса, 15 - колонна; 16 - переходник, 17 - долото. I. Спуск пробки на интервал раскрепления. II. Раскрепление пробки под давлением промывочной жидкости (20--30 кгс/см2). III. Дополнительное раскрепление пробки под действием веса колонны и усилия гидравлики станка до 2000--3000 даН в зависимости от диаметра ПЗ. IV. Отсоединение и подъем гидропривода. V. Спуск в скважину и ориентация отклоняющего стационарного клина В. VI. Установка клина на пробку-забой, раскрепление его в скважине, срезание заклепок, подъем колонны из скважины. VII. Спуск колонны Г, забуривание дополнительного ствола многоствольной скважины

4. Проблемы при проектировании многоствольных и многозабойных скважин

Конструктивно многоствольные и многозабойные скважины имеют основной ствол и несколько дополнительных стволов. Отличие многоствольной скважины от многозабойной в размещении точки разветвления ствола: у многоствольной скважины точка разветвления выше пласта, то есть скважина пересекает горизонт в нескольких местах; у многозабойной точка разветвления находится в пределах продуктивного горизонта, таким образом, скважина пересекает горизонт в одной точке.

Главное преимущество таких скважин состоит в увеличении площади контакта скважины с продуктивным пластом. В результате чего увеличивается производительность скважины, повышается коэффициент извлечения флюида, снижается депрессия на пласт (уменьшается вынос песка и приток воды). Наличие нескольких стволов приводит к уменьшению потребности в устьевом и насосном оборудовании при эксплуатации скважины, а также к снижению затрат на природоохранные мероприятия. Многоствольные скважины могут пересекать и соединять многослойные неоднородные залежи.

С другой стороны, эта технология не обделена недостатками: авария в основном стволе приводит к потере всех дополнительных стволов; возникает потребность в дополнительном оборудовании и инструменте для обеспечения данной технологии и, как следствие, удорожание буровых работ . Известно, что технология бурения выбирается под запроектированный профиль скважины согласно горно-геологическим условиям. Следовательно, успешность и эффективность применения технологии многоствольных или многозабойных скважин определяется не только конкретным методом и наличием бурового оборудования у подрядчика, но также запроектированным профилем скважины. Анализ показывает, что в настоящее время профили скважин в большинстве случаев проектируются с применением специального программного обеспечения. В это же время обучение проектированию профилей при подготовке инженеров в вузах ведется с применением стандартных расчетных схем, основанных на тригонометрических законах. Это приводит к тому, что теория и практика для будущего инженера не согласуется. Следовательно, актуальным вопросом становится потребность в разработке новой математической модели проектирования скважины, которая позволит обучать студента проектированию профиля в математическом виде, но с учетом практических аспектов и многолетнего опыта направленного бурения. Для достижения этой цели необходимо первоначально оценить адекватность существующих математических моделей расчета и определить перечень их недостатков. В рамках работы было решено провести оценку адекватности методики расчета многоствольной (многозабойной) скважины представленной в пособии Калинина А.Г. [7]. В общем виде проектируемой профиль принимает вид, представленный на рисунке 1, а в таблице 2 приведен математический аппарат для расчета его параметров. Выбранная методика имеет несколько основных положений:

1. Многообразие профилей многозабойных скважин приводится к обобщённому профилю с характерными интервалами для всех типов;

2. Проектный профиль многозабойных скважин имеет пространственный характер;

3. Обобщённый профиль состоит из интервалов: вертикального (0-1), увеличения зенитного угла (1-2), условно-горизонтального ствола (2-7) и ответвлений условно-горизонтального ствола (3-4, 5-6);

4. Форма осей ответвлений представляют собой дуги окружностей с уменьшением или увеличением зенитного угла в плоскостях. Для упрощения расчетов и сравнения было решено запроектировать на первом этапе плоский профиль многозабойной скважины.

В качестве объекта для сравнения был выбран фактический профиль многоствольной скважины, пробуренной на Приобском нефтяном месторождении (рис. 2). Все исходные данные для построения профиля по методике Калинина А.Г. были взяты в масштабе с рисунка 2. В результате расчета были получены численные параметры профиля скважины, приведенные в таблице 2, а также построен расчетный профиль скважины (рис. 3).



При расчете и построении проектного профиля возникли проблемы, которые отражают ключевые недостатки методики. Если при графическом построении профиля руководствоваться данными величин вертикальной и горизонтальной проекции профиля и относительно них подбирать дуги окружности на интервалах набора и падения зенитного угла, то профиль будет иметь вид, представленный на рис. 3Б. Логично, что его невозможно реализоваться из-за точки «излома» №8 на рисунке. Кроме того, профиль на рис. 3Б не достигает проектного забоя ни в одной из точек, по сравнению с фактическим профилем скважины (рис. 2). Если в интервалах искусственного искривления абстрагироваться от проекций профиля и строить его по рассчитанной длине дуг с заданным радиусом кривизны и центральным углом, равным зенитному углу на участке, то профиль будет иметь вид, представленный на рис. 2А. Он наиболее приближен к фактическому профилю, но вопрос объективности расчетов проекций участков искривления остается открытым. Также заметно, что методика упускает расчет интервала падения зенитного угла для профиля скважины. Если рассматривать запроектированный на рис. 3А профиль, то визуально это не кажется серьезным упущением, но с технологической точки зрения интервалы 3-4 и 4-7 не согласуются - интервал стабилизации под одним зенитным углом переходит в интервал стабилизации под другим зенитным углом, а параметры перехода не рассчитываются. В целом, заметна существенная разница между рисунком 2 и рис. 3Б. Рис. 3А больше схож с фактическим профилем скважины, но не в полной мере отражает требуемую информацию, в частности, точки вскрытия продуктивного пласта.

Анализируя полученные результаты, приходим к выводу, что существующая методика расчета многоствольной скважины является не в полной мере объективной, в том числе ряд расчетов не согласуется между собой при проведении графической проверки. Это подчеркивает актуальность разработки нового подхода к проектированию скважин с обоснованным математическим аппаратом. Это позволит повысить качество подготовки инженеров за счет ясности понимания сути процесса и приближенности к реальным условиям проектирования профилей скважин.

В настоящее время проектирование системы разработки месторождения для добычи нефти (газа) осуществляется путем использования различных видов скважин - от вертикальных до ГС и МЗС. Эффективность их применения зависит от целого ряда геологических, технико-технологических, экономических, экологических и гидрогеографических условий строительства скважин.

Известно, что при кустовом бурении возникают определенные сложности, а именно: из-за различной отдаленности забоев скважин от морской стационарной платформы, они отличаются друг от друга конструкцией, технологическими особенностями проводки, другими параметрами, которые отрицательно влияют на технико-экономические и качественные показатели строительства. Однако до настоящего времени при проектировании системы разработки месторождения этот важнейший фактор практически не учитывался.