Классификация трасс скважин

По углу заложения скважины [4, 51 можно разделить:

• • на вертикальные (рис. 1.5, а);
• • вертикально-наклонные (рис. 1.5, б), вертикально-наклонные S'- образные (рис. 1.5, в) и вертикально-наклонные J-образные с коротким горизонтальным участком или вовсе без него (рис. 1.5, г);
• • вертикально-горизонтальные (рис. 1.5, г, 1.6);
• • вертикально-наклонно-горизонтальные (рис. 1.5,6);
• • вертикально-горизонтальные сложнопрофильные (рис. 1.6, 1.7).

Рис. 1.5. Типовые профили нефтегазовых скважин: 1 - нефтегазовый пласт

Первый тип скважин (рис. 1.5, а) можно считать одним из основных в нефтегазовой промышленности до начала использования вертикальногоризонтальных скважин. Его применение оправдано при бурении глубокой скважины и горизонтальном залегании полезного ископаемого, при бурении разведочных и параметрических скважин.

Второй тип скважин (рис. 1.5, б) отклоняют до величины угла, соответствующего техническим условиям, затем продолжают проходку до проектной глубины, сохраняя неизменным угол наклона. Такой тип применяют часто для скважин умеренной глубины в простых геологических условиях, когда не используются промежуточные обсадные колонны. В более глубокой скважине, когда требуется большое смещение забоя, промежуточная обсадная колонна может быть установлена через интервал криволинейного ствола или выше этого интервала, а необсаженный ствол бурят под неизменным углом наклона до проектной глубины. Данный профиль обеспечивает максимальное отклонение ствола скважины от вертикали при минимальном зенитном угле, поэтому его предпочитают применять в случае кустового бурения или подсечения нефтегазового пласта, положение которого не горизонтально.

Тип скважин (рис. 1.5, в) предусматривает после бурения вертикального участка ствола отклонение забоя до некоторого зенитного угла, по достижении которого скважину бурят при постоянном угле наклона, а затем отклонение уменьшают до полного восстановления вертикального положения ствола. Промежуточная колонна может быть установлена в интервале второго отклонения, после чего скважину добуривают вертикальным стволом. S'-образный профиль используют там, где наличие газовых зон, соленой воды и других геологических факторов требует использования промежуточных обсадных колонн. Этот тип иногда используют для бурения скважины с целью глушения другой, фонтанирующей, скважины. Его применение рационально, когда необходимо развести забои скважин при бурении их с одной платформы (например, при бурении в открытом море).

Тип скважин с У-образным профилем (рис. 1.5, г) предполагает отклонение забоя от вертикали на значительно больших глубинах, чем позволяют вышерассмотренные профили. Угол наклона ствола постоянно увеличивают на заданной глубине до тех пор, пока не будет достигнута проектная глубина или продуктивный пласт. Как правило, этот тип скважин используют для бурения на пласты, расположенные под солевыми куполами, для кустового бурения, а также вскрытия глубоко залегающих объектов. К этому типу можно отнести также и вертикально-горизонтальные скважины.

Профиль, сочетающий как наклонный участок (рис. 1.5, г, д), так и горизонтальный интервал, может применяться для осуществления значительного отхода и вскрытия нефтегазоносного пласта горизонтальным участком значительной протяженности.

По характеру кривизны скважины разделяются на относительно прямолинейные; плоско искривленные; пространственно искривленные.

Прямолинейная наклонная и плоско искривленная скважины в плане (проекция на горизонтальную плоскость) имеют вид прямых линий, вытянутых в направлении заданного при заложении скважины азимута, а пространственно искривленные скважины при проецировании их оси на горизонтальную плоскость имеют вид криволинейной линии, отклоняющейся вправо при увеличении азимутального угла скважины и влево при его уменьшении. Графическое изображение положения наклонной скважины может отображаться на вертикальной и горизонтальной плоскостях в виде профиля и инклинограммы (см. рис. 1.3).

Анализ траекторий скважин, вид которых определяется закономерностями искривления, позволяет выделить основные типы профилей скважин.

Многозабойные скважины - бурение двух или более скважин одной буровой установкой последовательным спуском снаряда и углублением того или иного ствола. Каждый ствол скважины имеет устье и забой.

Куст скважин - две и более скважины, пробуренные последовательно с одной буровой площадки, буровой платформы или судна, как правило, с существенным смещением забоя по горизонтали от точки забуривания.

Многоствольная скважина - скважина, имеющая основной ствол и два или более дополнительных, являющихся продолжением основного.

Многоствольная скважина имеет одно устье, а количество забоев равняется числу дополнительных стволов.

Новые технологии, основанные на горизонтальном бурении, произвели настоящую техническую революцию в практике и теории нефтегазодобычи. Значительно возросли дебиты скважин, имеющих горизонтальные окончания большой протяженности, возрос коэффициент извлечения нефти (КИН), требуется меньшее количество эксплуатационных скважин, изменились категории запасов, считавшиеся ранее неизвлекаемыми, повысилась эффективность методов воздействия на пласт при их использовании в сочетании с методами горизонтального бурения.

Известно, что в горной породе нефть при её добыче фильтруется десятки лет на сотни метров сквозь мельчайшие поры коллектора от периферии к забоям скважин, преодолевая многие естественные преграды. Эти преграды либо естественные - литологические или тектонические экраны, либо застойные зоны с низкими давлениями, либо пластовые воды, прорвавшиеся в нефтяное поле, и т. п. являются основной причиной потерь огромных запасов нефти в пластах.

Вследствие конкуренции на нефтяном и газовом рынке в настоящее время требуется резко снизить себестоимость добываемых углеводородов путем коренного усовершенствования дренажных способностей коллекторов. Этому требованию удовлетворяет разветвленно-горизонтальное бурение, которое позволяет извлекать природный газ из малопроницаемых или даже практически непроницаемых глинистых сланцев. Пример решения проблемы «сланцевого газа и сланцевой нефти» известен на опыте работы компаний в США.

Одним из основных направлений разветвленно-горизонтального бурения в России должно стать возрождение старых нефтяных месторождений и извлечение из них оставшихся запасов нефти (60-80 % от начальных запасов).

В настоящее время бурение горизонтальных и разветвленно- горизонтальных скважин успешно применяется в большинстве нефтегазодобывающих стран, пробурены десятки тысяч скважин на различных месторождениях мира и в самых разнообразных горно-геологических условиях. При строительстве горизонтальных скважин достигнуты высокие результаты в технике и технологии бурения, особенно в телеметрическом контроле над траекторией ствола скважины. При этом если максимальная длина горизонтального участка скважины составляла сотни метров, то в Калифорнии горизонтальный участок достиг почти 4 000 м, а в настоящее время (в Южной Англии, на Сахалине) удалось пробурить скважины с горизонтальным окончанием порядка 10 км.

Профиль горизонтальной скважины состоит из двух частей: направляющей и горизонтальной. Под направляющей частью скважины понимается часть ствола от устья до точки с заданными координатами на кровле и в самом продуктивном пласте. Направляющая часть ствола является началом горизонтального участка под заданным углом. По радиусу кривизны ствола различают три типа профиля горизонтальной скважины:

• • большим радиусом (>190 м), интенсивность искривления до 0,3 град/м;
• • средним радиусом (60-190 м), интенсивность искривления до 1,0 град/м;
• • малым радиусом кривизны (10-30 м), интенсивность искривления - более 2,0 град/м.

Горизонтальные скважины с большим радиусом кривизны могут быть реализованы при кустовом бурении, а также при бурении отдельных скважин с большими отклонениями от вертикали при длине горизонтального участка более 600-1 000 м. При строительстве таких скважин используется обычная техника и технологии наклонно-направленного бурения, позволяющие получать максимальную интенсивность искривления в пределах 0,7-3,0 град/ 10 м проходки.

Горизонтальные скважины со средним радиусом кривизны применяются при бурении как одиночных скважин, так и для восстановления продуктивности эксплуатационных скважин. При этом максимальная интенсивность искривления скважины находится в пределах 3-10 град/10 м при длине горизонтального участка 450-900 м.

Горизонтальные скважины с малым радиусом кривизны используются на месторождениях, находящихся на поздней стадии эксплуатации, а также для бурения ствола скважины из вырезанного участка эксплуатационной колонны. Интенсивность искривления при бурении криволинейного интервала составляет 1,1-2,5 град/м при длине горизонтального участка 90-250 м.

С уменьшением радиуса кривизны ухудшаются условия работы бурильных труб, снижается вероятность прохождения в ствол скважины забойных двигателей, геофизических приборов и обсадных труб. Поэтому даже при бурении по среднему радиусу кривизны в компоновку бурильной колонны включают специальные трубы и укороченный гидродвигатель. Проходка скважин с малым радиусом кривизны невозможна без специальных бурильных труб и инструмента.

При проектировании горизонтальных скважин возможны несколько вариантов их исполнения.

В продуктивных пластах небольшой мощности (до 10-15 м) целесообразно бурение горизонтального участка в середине пласта параллельно кровле и подошве (рис. 1.6).

Аналогично располагается горизонтальный участок в том случае, если коллектор имеет вертикальную трещиноватость.

Если продуктивный пласт имеет небольшую мощность и неоднородную структуру, то такие пласты целесообразно вскрывать волнообразным стволом (рис. 1.6).

В настоящее время широко используются не только горизонтальные стволы, но и многозабойные разветвленные скважины.

Многозабойные скважины чаще всего применяют для разработки нефтяных месторождений с низким пластовым давлением, для доразработки выработанных в значительной степени залежей, для разработки залежей с высоковязкими нефтями, для разработки слоистых продуктивных пластов и т. д. Профили многозабойных скважин разделяются на следующие типы:

• • с горизонтальными и полого наклонными стволами, пробуренными из основного ствола;
• • многоярусные скважины;
• • радиальные, в которых из одного горизонтального ствола бурится система (до 100 и более) радиальных стволов (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Варианты вскрытия коллекторов горизонтальным и волнообразным стволами

Рис. 1.7. Схема радиально-горизонтальной скважины с системой восстающих стволов

Вертикально-горизонтальные стволы используются не только для добычи нефти и газа из коллекторов. Подобные скважины бурятся с целью интенсификации притоков при добыче углеводородного сырья, например битумов. В этом случае бурятся две параллельные скважины, по одной из которых подается в пласт пар, а по другой извлекается разжиженный битум.

Конфигурация ствола скважины сложного профиля независимо от её формы и назначения должна обеспечить:

• • высокое качество скважины как эксплуатационного объекта;
• • минимальные нагрузки на буровое оборудование при выполнении спускоподъемных операций;
• • свободное прохождение по стволу скважины приборов и устройств;
• • надежную работу внутрискважинного оборудования;

• • возможность применения методов эксплуатации нескольких горизонтов в многопластовых залежах;
• • минимальные затраты на сооружение скважины.

Проектирование конфигураций направленных скважин заключается

в выборе типа и вида профиля, в определении необходимых параметров: глубины и отклонения ствола скважины от вертикали; длины вертикального участка; значения предельных радиусов кривизны и зенитных углов скважины в интервале установки внутрискважинного оборудования.