Ответ на вопрос: «Классификация многозабойных скважин по TAML».
Многозабойные скважины (МЗС)
МЗС – это скважины, в нижней части основного ствола которых имеются ответвления в виде двух и более горизонтальных, пологонаклонных или волнообразных стволов, вскрывающих продуктивный пласт. Проектирование профиля МЗС начинают с нижней ее части: определяется тип профиля, число ответвлений, их конфигурация. Исходя из технических возможностей, определяется конструкция основного (маточного) ствола, конструкции дополнительных стволов; по заданной интенсивности набора определяют их радиусы, КНБК, их проходимость по стволам; по допустимой величине изгиба труб выбирают диаметры бурильных и обсадных колонн.
Конструкция МЗС должна отвечать следующим требованиям: ствол основной скважины должен обеспечивать прохождение КНБК в любом из дополнительных стволов; во всех интервалах стволов должна быть возможность искривления их с максимальной интенсивностью; при необходимости должна быть возможность крепления стволов фильтрами и потайными колоннами стандартных размеров, должны быть проведены в стволах геофизические и инклинометрические исследования.
Многоярусные скважины (МЯС)
С целью эффективной эксплуатации продуктивных пластов большой толщины (100 м и более) или многопластовых целесообразно использовать МЯС.
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).
Уровень4
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).
Ответ на вопрос: «Принципиальная схема КНБК для бурения горизонтальных скважин по различным радиусам».
По назначению КНБК делят на 2 группы:
Компоновки, предназначенные для управления зенитным углом и азимутом ствола наклонной скважины. Эту группу составляют ориентируемые отклоняющие приспособления (ОТС, турбобур с кривым переводником, компоновки, включающие турбобур с эксцентричным ниппелем, турбинные отклонители типа ТО и шпиндель-отклонители (ШО)).
Компоновки для управления только зенитным углом. К этой группе относятся неориентируемые отклоняющие (стабилизирующие) компоновки (ОТШ, компоновки с центраторами или стабилизаторами, калибраторами).
Виды ориентируемых компоновок бурильной колонны
Ориентируемые компоновки используются для бурения участка набора зенитного угла и для исправления параметров кривизны, если фактический профиль скважины значительно отличается от проектного.
Механизмы искривления:
кривой переводник,
турбинный отклонитель (ТО),
отклоняющие системы на базе ВЗД,
электробуры с механизмами искривления,
системы с накладками (отклоняющие),
системы с шарнирными элементами,
в роторном бурении: отклоняющие клинья в сочетании с шарнирными отклонителями.
В турбинном бурении отклоняющая (ориентируемая) компоновка включает в себя: долото, турбинный отклонитель, магнитный переводник, бурильную трубу из немагнитного материала, УБТ и обычные бурильные трубы (БТ).
Чем больше угол перекоса кривого переводника, тем меньше длина нижнего плеча, тем больше интенсивность искривления ствола.
Ориентируемые КНБК для наклонно-направленных скважин
Ориентируемые КНБК должны включать хотя бы один искривленный элемент. Базируются на возможности использовать кривой переводник. ВЗД состоит из шпиндельной секции и винтовой пары.
ИЭ можно расположить:
между шпиндельной секцией и винтовой парой. Система серьезно изогнется. Величина угла перекоса от 0,5 до 1,75. Этот ИЭ максимально приближен к режущей кромке долота.
Искривленный элемент (ИЭ) расположен за винтовой парой. Наблюдаем, что система прижимается режущей кромкой долота к верхней стенке скважины. Чем больше угол перекоса, тем сильнее прижимается. Угол перекоса составляет от 2 до 3,5-4.
Чем дальше находится ИЭ, тем меньше эффективность (поэтому угол перекоса во втором случае больше, надо как-то компенсировать потерю эффективности из-за отдаленности ИЭ).
Мы создаем как можно больший угол перекоса во втором случае, чтобы добиться того же эффекта, что и в первом. Но при этом происходит износ вала, подшипниковых элементов, все быстрее выходит из строя.
Следовательно, снижается интенсивность набора зенитного угла.
система с двумя искривленными элементами. Это более напряженный режим, но и более высокая интенсивность набора параметров. Особенность: оба искривленных элемента должны находиться в одной абсидиальной плоскости.
система с двумя искривленными элементами и двумя перекосами в разных направлениях (применяется на последних участках донабора, набора зенитного угла). В режиме скольжения мы получаем либо увеличение, либо уменьшение зенитного угла. По краям системы установлены опорные элементы, чтобы сильно не било по стенкам скважины.
Однако, биение все равно будет. Это приведет к увеличение диаметра ствола скважины на 20%.
Бурение происходит в режиме скольжении, без вращения БИ, вращается только долото.
Если происходит вращение БИ, то угол перекоса «убивается», то есть идет участок стабилизации.
Ориентируемые КНБК для горизонтальных скважин
В ориентируемых КНБК для горизонтальных скважин используется шарнирный элемент.
Применяется ориентируемая КНБК с шарнирным для строительства горизонтальных скважин по среднему и малому радиусу.
Шарнирный элемент обеспечивает более сильное искривление и более интенсивную степень набора зенитного угла. Шарнирный элемент имеет изгиб 4-5 градусов.
Шарнирный элемент имеет одну степень свободы, что позволяет двигателю работать в одной абсидиальной плоскости. Плоскость проходит через шарнирный элемент и искривленный переводник.
Иногда можно использовать два шарнирных элемента – отклонителя с одной степенью свободы. Излом составляет в этом случае 4,5-5 градусов. В целом систему можно изломать до 10 градусов. Но в случае прихвата система в этом узле порвется.
Если в КНБК входят несколько опорных элементов, то можно использовать шарнирный элемент с двумя степенями свободы. Однако, чем меньше ОЭ, тем легче спускать инструмент и бурить скважину. Так как, каждый опорный элемент касается стенок скважины, внедряется лопастями в породу, перемещение системы затрудняется, меняется гидродинамическая картина.
Если в КНБК есть только калибратор, то шарнирный элемент с двумя степенями свободы позволяет спустить бурильную колонну в резко искривленную скважину.
КНБК работает устойчиво в пространстве, когда зенитный угол достигает 85-90 градусов.
Неориентируемые КНБК для наклонно-направленного и горизонтального бурения
Неориентируемые КНБК – это компоновки для управления только зенитным углом; на базе турбобуров и ВЗД. Предназначены для бурения вертикального участка ствола скважины. Эти компоновки должны обеспечить строгую вертикальность ствола скважины во избежание пересечения стволов соседних скважин в кусте.
К ним относятся: ОТШ, компоновки с центраторами или стабилизаторами, калибраторами.
В формировании наклонного ствола существенную роль играет низ бурильной колонны.
Бурильная колонна, расположенная в наклонном стволе, принимает такое устойчивое положение равновесия, при котором на некотором расстоянии от долота имеется сечение, за которым забойный двигатель или трубы лежат на стенке скважины.
Неориентируемая КНБК может быть многоцентраторной или маятниковой.
Многоцентраторная КНБК: долото – калибратор – УБТ – ОЭ – УБТ – ОЭ (или его может не быть). На определенном расстоянии устанавливается опорный элемент, который позволяет достичь определенного технологического решения.
Когда ОЭ максимально прижимается к режущей кромке долота, то система набирает зенитный угол. Если ОЭ расположен далеко, то система сбрасывает зенитный угол.
Маятниковая КНБК: наиболее простой является компоновка при роторном бурении, состоящая из долота и УБТ различных диаметров, не включающая центрирующий элемент. Если такая компоновка не обеспечивает минимального искривления, то ставят один или два центрирующих элемента.
При турбинном бурении первым утяжелителем выступает турбобур. В этом случае компоновка включает дополнительный участок УБТ, расположенный над турбобуром. Примечание: после долота калибратор не ставится!!!
На искривление стволов наклонных скважин при бурении неориентируемыми компоновками влияет совокупность технических, технологических и геологических факторов.
К техническим факторам относятся
параметры компоновки низа бурильной колонны;
типоразмер долота;
типоразмеры турбобура и утяжеленных (обычных) бурильных труб, входящих в компоновку низа;
тип и геометрические параметры отклоняющих или стабилизирующих приспособлений.
Технологическими факторами являются параметры режима бурения, плотность промывочной жидкости.
Технические и технологические факторы поддаются активному воздействию в отличие от геологических факторов, влияние которых может лишь учитываться при расчетах.
К геологическим факторам относятся элементы залегания проходимых пластов, анизотропия их по буримости и перемежаемость пород различной твёрдости.
Кроме вышеуказанных факторов, на процесс последующего искривления существенное влияние оказывает кривизна ствола на участке расположения компоновки низа бурильной колонны.
Ответ на вопрос: «Классификация горизонтальных скважин по радиусам искривления ствола».
Горизонтальный участок может быть выполнен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, т.е. быть вогнутым или выпуклым, а также прямолинейным или волнообразным. В зависимости от угла падения продуктивного пласта горизонтальный участок может быть расположен под любым заданным углом к вертикали, в том числе и под углом 90°.
Профиль горизонтального участка скважины учитывает, прежде всего, цель строительства ГС, которая заключается в продольном вскрытии продуктивной части нефтегазосодержащего пласта. Поэтому геометрия горизонтального участка соответствует форме той части пласта, где располагается горизонтальный участок. Другими словами, горизонтальный участок должен располагаться вдоль продуктивной части пласта и не выходить за границы нефтегазосодержащей его части.
Таким образом, основные параметры, определяющие геометрию горизонтального участка, следующие:
β – зенитный угол;
Sн – протяжённость горизонтального участка по пласту (длина проекции на горизонтальную ось);
Т1 и Т2 – предельные отклонения горизонтального участка в поперечном направлении.
Виды профилей завершающей части горизонтальной скважины:
1 – синусоидальный. Используем, когда перемежающиеся пропластки, так как мы вскрываем все участки.
2 – восходящий. Гравитационный режим, опасность прорыва воды.
3 – нисходящий. Традиционная схема.
4 – параллельно кровле (подошве).
5 – пологий.
Назначение направляющей части профиля горизонтальной скважины заключается в выведении ствола под определенным углом в точку продуктивного пласта с заданными координатами. Поэтому при расчете этой части профиля горизонтальной скважины кроме проектной глубины и отклонения ствола скважины от вертикали необходимо задавать значение зенитного угла на проектной глубине. Кроме того, как правило, задается радиус кривизны участка увеличения зенитного угла скважины.
Преимущества горизонтальных и разветвлено-горизонтальны скважин:
увеличение области дренирования — повышения поверхности вскрытия п.п., обеспечивающих повышения производительности эксплуатационной скважины и увеличения степени извлечения углеводородов, повышения конечного коэффициента нефте-газоотдачи пласта;
снижение удельных объёмов подготовительных и строительно-монтажных работ, сокращение объёмов буровых работ;
увеличение сроков безводной эксплуатации скважин за счет снижения перепадов давления на п.п.;
повышение эффективности создания и эксплуатации подземных хранилищ газа;
эффективная разработка морских месторождений, месторождений находящихся в труднодоступных регионах;
повышение эффективности разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами высоковязких нефтей, разработке сложнопостроенных коллекторов (низкопроницаемые неоднородные пропластки);
повышение эффективности разработки п.п. малой толщины;
восстановление бездействующих скважин методом зарезки и бурения дополнительных горизонтальных стволов из эксплутационных колонн ранее пробуренных скважин;
кустовое размещение устьев горизонтальных скважин позволяет оптимизировать их наземную обвязку и автоматизировать процесс управления скважинами.
Недостатки:
удорожание стоимости строительства горизонтальной скважины и разветвлено горизонтальной;
сложности в выборе режима отработки долота с сохранением устойчивости ствола скважины и выбора гидравлической программы промывки;
затруднения в освоении и вызове притока горизонтального ствола; невозможность определения интервалов освоения горизонтального ствола;
непременное условие – хорошее знание нефтепромысловой геологии месторождения и геологического строения п.п;
неопределенность места прорыва пластовых вод при эксплуатации скважины;
сложности проведения геофизических и гидродинамических исследований, требующих разработки специальных технических средств (гибких труб) и технологий;
затруднения в выборе методов технических средств и технологии проведения ремонтно-восстановительных работ.
Горизонтальные скважины характеризуются радиусом искривления криволинейного участка, по которому приходят к горизонтальному участку.
На практике обычно выделяют три основных типа скважин
Большой радиус
R > 191 м; i < 3°/10 м
Средний радиус
30 м ≤ R ≤ 191 м; 19,1°/10 м ≤ i ≤ 3°/10 м
Малый радиус
12 м ≤ R ≤ 30 м; 4,775°/1 м ≤ i ≤ 1,91°/1 м
Короткий радиус
6 м ≤ R ≤ 12 м; 9,55°/1 м ≤ i ≤ 4,775/1 м
Ультракороткий радиус
Rультракороткий < 6 м; i > 9,55°/1 м
Достоинства и недостатки профилей с большим радиусом искривления
Достоинства
Более низкая интенсивность резких перегибов (DLS)
Длинный горизонтальный участок (по сравнению с профилем с малым радиусом искривления)
Возможность достижения большого горизонтального отклонения забоя от устья в плане
Пригодность технологий и оборудования, используемых для обычного направленного бурения
Увеличение доли роторного бурения позволяет улучшить показатели строительства скважины
Использование стандартных бурильных и обсадных труб
Уменьшение ограничений на диаметры скважины и оборудования
Возможность расширения диапазона схем заканчивания
Большая приспособленность к геофизическим исследованиям скважины и отбору керна
Возможность бурения компоновками, включающими забойный двигатель с регулируемым углом перекоса
Недостатки
Большая протяженность участков скважины, на которых необходимо контролировать траекторию
Большая протяженность открытого ствола (возможно больше осложнений)
Увеличивается общая глубина скважины по стволу
Возможно увеличение стоимости строительства скважины
Требуется больше обсадных труб
Преимущества и недостатки профилей со средним радиусом искривления
Преимущества
Уменьшение длины открытого ствола по сравнению с профилем скважины с большим радиусом искривления
Применение обычного бурового оборудования
Можно уменьшить крутящий момент и усилие на крюке при подъеме
Управление траекторией скважины осуществляется на более коротком интервале. Сочетание меньшего изгиба и более редкой смены конструкций компоновки облегчает получение равномерной интенсивности набора зенитного угла
Возможность обеспечить, по сравнению с искривлением скважины по малому радиусу, большое горизонтальное отклонение
Более широкий диапазон вариантов заканчивания по сравнению с малым радиусом. Возможность проводить каротаж и отбор керна
Уменьшение ограничений по диаметру скважин в диапазоне 98-311 мм (3 7/8 — 12 1/4 дюйма)
Возможность многозабойного бурения из одной скважины
Недостатки
Могут потребоваться некоторые специальные инструменты, например КНБК с двойным перекосом
Требуются специальные методы бурения (например, отсутствие вращения бурильной колонны при работе КНБК на участке набора зенитного угла затрудняет очистку скважины). Если требуется вращение бурильной колонны (например, для проработки скважины), большие циклические напряжения изгиба ускоряют усталость материалов элементов
Могут потребоваться соединения, не соответствующие стандарту АНИ, более дорогие обсадные и бурильные трубы
Более высокие интенсивности при резком перегибе ствола (по сравнению с профилем скважины, пробуренной по большому радиусу) ограничивают возможности каротажа и схемы заканчивания скважины.
Малый радиус. Так как профиль скважины с малым радиусом искривления используется для многозабойного бурения, большинство скважин с малым радиусом искривления заканчивают открытым стволом. Иногда спускают хвостовик со щелевидными отверстиями.
Проектирование профиля МЗС начинают с нижней ее части: определяется тип профиля, число ответвлений, их конфигурация. Исходя из технических возможностей, определяется конструкция основного (маточного) ствола, конструкции дополнительных стволов; по заданной интенсивности набора определяют их радиусы, КНБК, их проходимость по стволам; по допустимой величине изгиба труб выбирают диаметры бурильных и обсадных колонн.
