Технология кустового бурения скважин

Обновлено: 05.10.2024

Под кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а конечные забои находятся в точках, соответствующих проектам разработки пласта или месторождения.

При кустовом бурении скважин значительно сокращаются строительно-монтажные работы в бурении, уменьшается объем строительства дорог, линий электропередачи, водопроводов и т.д. Наибольший эффект от кустового бурения обеспечивается при бурении в условиях моря, в болотистых местностях и др. Впервые в отечественной практике кустовое бурение было осуществлено в Азербайджане. В настоящее время с куста бурят 8 - 24 скважины и более.

Основными подготовительными работами являются подготовка площадки к строительству наземных сооружений и прокладка коммуникаций. На заболоченной или затопляемой территории технически возможны следующие методы их освоения: строительство дамб, огораживающих площадку; сооружение искусственных островов; при высоком уровне вод - сооружение эстакад.

Применяются различные типы и варианты кустований в зависимости от природных условий.

Кусты делят на локальные, т.е. не связанные постоянными дорогами с базой; кусты, расположенные вдоль транспортной магистрали, и кусты, находящиеся в центре транспортной магистрали. В первом случае скважины, как правило, направляют во все стороны (веером), что позволяет собрать в куст максимальное число устьев скважин. При разбуривании многопластовых залежей число скважин в кусте увеличивается.

Схем расположения устьев скважин может быть предложено и использовано много в зависимости от геолого-климатических условий, техники и рельефа.

Одна из основных особенностей проводки скважин кустами - необходимость соблюдения условий непересечения стволов скважин. Опыт показывает, что с точки зрения пересечения соседних стволов опасны верхние вертикальные участки.

Важное значение имеет также установление минимальной разности вертикальных глубин точек забуривания стволов скважин в кусте. Считают, что максимальная допустимая минимальная разность глубин точек забуривания стволов соседних скважин должна составлять 50 м, что и рекомендуется в качестве допуска, когда глубина места зарезки ствола не превышает 1000 м. По результатам фактического положения стволов должны вноситься соответствующие коррективы в проекты на бурение последующих скважин.

Кустовое бурение широко распространено в зарубежной и отечественной практике бурения в условиях Западной Сибири, на море и т.д.

К недостаткам кустового наклонно направленного способа бурения следует отнести: вынужденную консервацию уже пробуренных скважин до окончания некоторой скважины данного куста в целях противопожарной безопасности, что замедляет темпы разработки залежи; увеличение опасности пересечения стволов скважин; трудности в проведении капитального и подземного ремонта скважин.

Преимущества кустового бурения скважин:

значительно сокращаются строительно-монтажные работы в бурении;
уменьшается объем строительства дорог, линий электропередачи, водопроводов;
значительное сокращаются земельных площадок, приходящихся на 1 буровую, и сокращение за счет этого потрав сельскохозяйственных угодий;
оптимизируется руководство буровыми работами и обслуживание эксплуатационных скважин.

Очень широкое распространение получило бурение наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири.
В сложных природно-климатических условиях 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 наклонного 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 число 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.

Впервые в СССР кустовое бурение было осуществлено под руководством Н. Тимофеева на о-ве Артема в Азербайджане.

Одна из основных особенностей проводки скважин кустами - необходимость соблюдения условий непересечения стволов скважин.

К недостаткам кустового наклонно направленного способа бурения следует отнести вынужденную консервацию пробуренных скважин до окончания некоторой скважины данного куста в целях противопожарной безопасности, увеличение опасности пересечения стволов скважин, трудности в проведении капитального и подземного ремонтов скважин, а также в ликвидации грифонов в условиях морского бурения.

Горизонтальное и разветвленное горизонтальное бурение применяются для увеличения нефте- и газоотдачи продуктивных горизонтов при первичном освоении месторождений с плохими коллекторами и при восстановлении малодебитного и бездействующего фонда скважин.

Если при бурении наклонной скважины главным является достижение заданной области продуктивного пласта и его поперечное пересечение под углом, величина которого, как правило, жестко не устанавливается, то основная цель бурения горизонтальной скважины - пересечение продуктивного пласта в продольном направлении.

При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать 1000м.

Условия, вызывающие необходимость применения кустового бурения, подразделяются на:

технические - разбуривание кустовым бурением месторождений, залегающих под застроенными участками;
технологические - во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты; геологические - разбуривание, например, многопластовой залежи;
орографические - вскрытие кустовым бурением нефтяных и газовых месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад;
климатические - разбуривание нефтяных и газовых месторождений, например в зимний период, когда наблюдается большой снеговой покров, или весной во время распутицы и значительных паводков.

К разновидностям кустового бурения можно отнести 2-ствольное последовательное, 2-ствольное параллельное и 3-ствольное бурение.

Кусты скважин приближенно можно представить в виде конуса или пирамиды, вершинами которых являются кустовые площадки, а основаниями - окружность или многоугольник, размеры которых определяются величиной сетки разработки и возможностью смещения забоев от вертикали при бурении наклонных скважин.

Количество скважин в кусте, помимо сетки разработки, наличия одно- или многопластовых залежей и других факторов, определяется технически возможными отклонениями забоев наклонных скважин.
При разбуривании многопластовых месторождений число скважин в кусте может пропорционально увеличиваться.
При расположении кустов вдоль транспортной магистрали число скважин в кусте уменьшается по сравнению с одним локальным кустом.
В зависимости от выбранного варианта расположения устьев в кусте объем подготовительных, строительно-монтажных и демонтажных работ может изменяться в самых широких пределах.
Кроме того, от выбранного варианта расположения устьев в кусте зависят размеры отчуждаемой территории, что очень важно для обжитых районов.
Характер расположения устьев скважин на кустовой площадке играет большую роль и при эксплуатации скважин.
При бурении скважин на кустовой площадке число одновременно действующих буровых установок может быть различным.
Опыт кустового бурения показывает, что этот метод дает возможность значительно сократить СМР, уменьшить объем строительства дорог, водоводов, линий электропередачи и связи, упростить обслуживание эксплуатируемых скважин и сократить объем перевозок.

В настоящее время кусты скважин становятся крупными промышленными центрами с базами МТС, вспомогательными цехами и т. д.

В целом кустовой способ бурения сокращает затраты на обустройство промысла, упрощает автоматизацию процессов добычи и обслуживания, а также способствует охране окружающей среды при освоении нефтяных и газовых месторождений.

В этом случае можно полнее осуществлять сбор всех продуктов отхода бурения и уменьшать вероятность понижения уровня грунтовых вод на огромных территориях, которое может возникнуть вследствие нарушения целостности водоносных горизонтов.

Минимальное число скважин в кусте - 2.
В основном, на нефтяных промыслах России группируют до 16-24 скважин/куст, но есть отдельные кусты, состоящие из 30 и более скважин.
Из зарубежной практики известны случаи, когда число скважин в кусте превышает 60.
Так, в Калифорнийском заливе в США 68 скважин было пробурено с насыпного острова размером 60×60 м.

Наклонно-направленное бурение скважин применяется при выработке продуктивных пластов или с целью их разведки. Конструктивно состоят их ствола с вертикальными и наклонными участками, которые были заранее спроектированы. Отклонение от вертикальности согласно используемым методам составляет от 2 0 , а при глубинном бурении свыше 6 0 . Оно может быть обосновано естественным залеганием твёрдых пород или создано искусственно с целью учёта различных влияющих факторов.

Технология бурения

Бурение наклонно-направленных скважин осуществляется с использованием специальных профилей. Обязательным условием их применения является создание начального участка в строго вертикальном положении. При выполнении геологических разведывательных работ применяют шпиндельные буровые установки с поверхности земли или глубинных выработок. В силу различных прочностных характеристик залегающих горных пород происходит естественное изменение направления бурения.

Для скважин под добычу газа или нефти используют три метода:

Роторное наклонно-направленное бурение. Технология имеет прерывистый характер, который заключается в бурении скважины меньшего диаметра под определённым углом с использованием шарнирного устройства и дальнейшего бурения долотом нужного диаметра по плановомунаправлению. Согласно методу, дальнейшее бурение производится после заглубления бурильной колонны нужного диаметра по этому же направлению с помощью шарнирной установки или клиновой. Буровая оборудуется стабилизаторами для обеспечения полного контроля процесса.

Забойное наклонно-направленное бурение с применением турбобура или двигателя забойного типа. Способ является непрерывным при формировании отклонения от вертикального положения ствола скважины. По технологии поворот ствола осуществляется за счёт воздействия отклоняющей долото силы в колонне, способствующая его отклонению в заданном направлении. То есть управление осуществляется за счёт контроля искривляющей силы бура, действующей в нужном азимуте. Создание такой силы осуществляется с использованием специальных переводников с нарезанной резьбой.

Турбобур при наклонно-направленном бурении за счёт сил деформации стремится выровняться, но из-за наличия изгиба образуется момент силы, которая зависит от момента вращения бура. То есть, чем больше вращающий момент, тем больше угол наклона бурения. Предельный угол при этом составляет до 30 0 . Для увеличения угла применяют шпиндели, позволяющие перенести момент отклоняющей силы в точку размещения долота. Горизонтальные участки скважины можно получить при использовании эксцентриковых ниппелей.

Наклонно-направленное бурение с применением различных сочетаний буровых инструментов. В соответствии с методом, при изменении порядка бурения с применением разных инструментов создаётся скважина с необходимым направлением без использования отклонителей. Однако при этом данная технология имеет существенные ограничения по скорости бурения на максимальных оборотах, что считается значительным её недостатком.

Кустовое бурение наклонно-направленных скважин

При добыче нефти или газа методом наклонно-направленного бурения может возникать необходимость увеличения скорости откачки и уменьшения времени освоения продуктивных горизонтов во время создания новых или ремонта старых скважин. Если жёсткие ограничения по способу проходки до заданной области отсутствуют, то бурение может осуществляться путём продольного прохождения пласта. Протяжённость горизонтального участка при этом может превышать 1 км.

Кустовое наклонно-направленное бурение конструктивно представляет собой наличие единого устья и разветвлённой серии забоев, которые расположены в нескольких продуктивных пластах. Применяется при необходимости попадания в заданный продольный участок пласта или нескольких пластов, расположенных относительно недалеко друг от друга, а также для прокладки проводных и трубных коммуникаций под надземными и подземными препятствиями.

Двухствольное последовательное.
Двухствольное параллельное.
Трёхствольное.

Ответвления скважин от устья при наклонно-направленном бурении могут выполняться в пирамидальном или конусном виде, а основания иметь округлую или многоугольную форму. При освоении многопластовых месторождений возможно увеличение скважин в кусте пропорционально существующему. При этом количество работающих буровых установок выбирается с учётом обеспечения максимальной производительности освоения продуктивного пласта.

Многозабойный метод бурения скважин

Многозабойное наклонно-направленное бурение используется для проходки базового ствола и дальнейшего забуривания с выполнением проходки нижней части пласта. Технология применяется в основном для разведки и разработки нефтяных месторождений. Осуществляется в пластах, отличающихся высокой устойчивостью и имеющие не менее 20 м монолитного пласта из твёрдых скальных пород. При глубине более 1500 м и отсутствии газового слоя многозабойное бурение сокращают из-за увеличения дренирования поверхности продуктивного пласта.

Радиальные. Состоят из горизонтального основного ствола, который разветвляется на несколько вспомогательных, расположенных радиально.

Разветвлённые. Согласно технологии, дополнительные стволы располагаются под определённым наклоном к основному.

Разветвлённые по горизонтали. Отличаются от предыдущего вида только наличием дополнительных стволов, расположенных под углом в 90 0 .

Многозабойное наклонно-направленное бурение дополнительных стволов выполняется сверху вниз или снизу вверх. Первый метод используется при проведении работ от разрабатываемого пласта к неизвестному. Эффективен при обнаружении полезного пласта ниже исследованного уровня, поэтому основное назначение метода — исследование близкорасположенных пластов. Технология бурения снизу вверх позволяет выполнить сгущение сети разведки пласта при необходимости выяснения или уточнения оставшегося запаса полезных ископаемых.

Заключение

Методы наклонно-направленного бурения позволяют наиболее эффективно разведывать и разрабатывать продуктивные пласты. Их выбор зависит от технических возможностей буровой установки, геологических особенностей, а также от типа залегающих пластов. Основным их преимуществом является быстрое прохождение сложных твёрдых пород за счёт изменения направления бурения.

Видео: Горизонтально направленное бурение

Наклонно-направленным бурением называют формирование так называемых буровых стаканов, отклоняющихся от вертикальной оси на определенное количество градусов, в зависимости от способа их создания.

Скважины с искривленной конструкцией

Для бурения наклонных и горизонтальных скважин необходимо, чтобы направление движения бура отклонялось на два градуса и более при вращательном способе, и более чем на шесть градусов при глубоком бурении.

Отклонение от вертикальной оси скважины может быть спровоцировано естественными или искусственными факторами.

Естественное отклонение может быть вызвано погодными, геологическими и сейсмическими условиями. Искусственное отклонение от вертикали является принудительным. Если во время бурения есть возможность контролировать угол движения бура, такое строение скважины считается наклонным.

Направленное бурение скважин может быть многозабойным и однозабойным. В первом случае выполняют главный ствол, затем от него вертикально или под наклоном делают несколько дополнительных забоев, во втором же – с помощью оборудования изначально задается необходимый угол скважины, и бурение выполняется в один заход под необходимым наклоном.

Профили наклонно-направленной скважины

Наклонное бурение скважин имеет несколько профилей.

Для организации технически правильного бурения, необходимо заранее очертить участки будущего забоя, его глубину и положение.

Профили бурения могут быть следующими:

Наклонный участок – отрезок первого прохождения бура, который отклоняется на один-два градуса.
Участок набора угла – следующий за наклонным отрезок, на котором угол бурения искривляется и становится круче.
Прямолинейный участок – после набора угла делается небольшой отрезок прямой линией, как бы продолжающий направление крутого угла.
Отрезок снижения угла наклона – бур направляется в сторону уменьшения угла, вплоть до самой глубокой точки забоя.

Независимо от конструкции профиля, верхняя часть забоя всегда должна быть вертикальной. При геологических исследованиях бурение наклонных скважин выполняют шпинделями с поверхности грунта. Сначала стакан забоя имеет прямое направление, которое задается шпинделем, затем в результате анизотропии разбуриваемого грунта, линия будет отклоняться от первоначально заданного движения.

При отклонении более чем на пятьдесят градусов, объем бурения возрастает в результате ограничения традиционных способов геологического исследования через кабель, погружаемый в скважину.

По этим причинам востребованными стали технологии, позволяющие исследовать почву без пропускания кабеля, но с использованием систем, доставляемых буровым инструментом.

Способ искусственного искривления

Искусственное искривление оси бурового стакана применимо, когда необходимо бурение нефтяных или газовых скважин. Искусственное отклонение подразделяют на кустовое и многозабойное. Такой способ успешно применяется в следующих случаях:

Для работы с глубинными слоями под спусками;
При отклонении выполненного ствола;
При залегании нефти под слоем соляных залежей;
При необходимости обхода осыпающихся мест;
Для вскрытия слоев, находящихся под дном водоема;
При строительстве забоя на слои под жилыми домами;
При невозможности устранения засыпанной скважины;
Для ухода в сторону с новым направлением;
Для экономии времени на разбуривание;
При бурении кустовым методом на равнинной территории;
При прохождении пласта угля для дегазификации.

Для процесса принудительного искривления необходимы специальные двигатели, в числе которых электробур, турбобур и винтовой двигатель.

Методы принудительного искривления

Принудительное отклонение выполняется, в основном, тремя способами:

Способом типовых трасс;
Управлением разными буровыми инструментам;
Использованием неровных ниппелей.

Способ типовых трасс

В первом случае используется регулярность естественного отклонения на необходимом участке работы. Бурение планируют на профилях, сооруженных заранее по собранной информации о естественном отклонении скважин. Такой метод целесообразно применять на хорошо изученной местности, к тому же, кривизна забоя не нуждается в контроле – необходимо лишь приноровиться к прохождению естественного отклонения.

Отрицательной стороной способа считается увеличение затрат на строительство конструкции из-за повышения объема бурения. По ранее подготовленным скважинам на каждом участке выделяют места наибольшей интенсивности отклонения, а по полученной информации составляют профили.

Сочетание буровых инструментов

Управлять отклонением и искажением можно и с помощью сочетания разных буровых инструментов. Меняя порядок применения разных инструментов, можно определить и изменить направление ствола. Метод удобен для прохождения скважины в заданном направлении, позволяет отказаться от использования специальных инструментов-отклонителей.

Среди недостатков метода можно отметить лишь то, что он значительно ограничен в применении ускоренного режима бурения.

Применение специальных ниппелей

Наклонное бурение с применением специальных неровных ниппелей и прочих приспособлений, применимое только при условии их прохождения в определенном участке территории. Применяется редко.

Методы бурения

Бурение газовых и нефтяных скважин в наклонно-направленной технике подразумевает заранее спроектированное отклонение оси ствола от вертикальной оси в сторону необходимой кривой.

С основания такие скважины забуривают вертикально, затем отклоняют в нужном направлении, максимальный угол составляет девяносто градусов. Забой может быть смещен под прямым углом к вертикали, потому применяются многозабойные и кустовые методы бурения.

Кустовое бурение

Особенностью кустового способа является определенное условие строительства скважины. В частности, важнейшим условием является отсутствие пересечения стволов между собой.

Требуется прекращение работы скважин до завершения строительства определенной конструкции в целях противопожарной безопасности.
Высокий риск пересечения проделанных стаканов.
Капитальный ремонт такой конструкции достаточно сложен.
При подводном бурении сложно устранить грифоны.

Кустовое бурение используется в тех случаях, когда требуется повышение нефте- и газоотдачи в продуктивной территории, либо при возобновлении работы неработающей скважины. Строительство скважины кустовым способом может быть трехствольным, двуствольным параллельным, двуствольным последовательным.

Конструкция куста имеет конический вид с вершиной в виде кустовой площадки. Объем монтажных и подготовительных работ зависит от размещения устья куста, также от этого зависит и площадь территории для будущего отчуждения от куста. Максимальная эффективность такого способа бурения достигается в условиях болотистой местности.

Многозабойный способ

Такой способ заключается в проведении двух стволов из главного забойного стакана, при этом главный ствол используется не единожды.

В таком случае растет рабочая площадь и поверхность фильтрации, но сокращаются объемы бурильной работы в поверхностном пласте.

В зависимости от вспомогательных стволов возможны следующие виды многозабойной конструкции:

Радиальная – горизонтальный главный ствол и радиальные – вспомогательные.
Разветвленная – состоит из наклонных двух стволов и наклонного главного.
Горизонтально разветвленная – похожа на предыдущий тип, но угол вспомогательных стволов составляет девяносто градусов.

Выбор типа многозабойной конструкции определяется формой конструкции вспомогательных стволов и их размещением в пространстве.

Наклонный способ

Для выполнения наклонной методики бурения необходимы следующие инструменты и материалы:

Буровой земляной инструмент:

Тесак;
Балка;
Бечевка;
Длинный буровой направляющий штырь;
Кабель;
Обсадные трубы;
Металлический трос.

Такой способ чаще всего используется при ремонте коммуникаций, особенно в тех случаях, когда жилое здание уже сооружено, но необходимо провести канализацию или водопровод через фундамент. Чтобы избежать рытья глубоких траншей, используют наклонное бурение. Для начала рассчитывают угол наклона так, чтоб нижняя часть шурфа совпадала с концом закладной трубы.

Земляной бур устанавливают в заранее выбранное место и сразу придают ему желаемый угол наклона с помощью поперечной балки, уложенной на траншею. На бур устанавливают направляющий штырь, позволяющий сохранить заданное перед началом работы направление, и начинают сверление отверстия. Здесь требуется непрерывный контроль процесса, так как при заглублении или отклонении от нужной траектории следует подтесывать стенки шурфа.

Когда шурф готов, в него опускают обсадную трубу, повторяющую диаметр скважины.

В трубу пропускают кабель и металлический трос, затем с помощью троса протаскивают в трубу необходимый кабель или шланг. К тросу привязывают бечевку, с помощью которой при необходимости трос тянут назад.

Заключение

Методы искусственного искривления прохода забоя позволяют работать в таких условиях, которые непригодны для прямого глубокого или поверхностного бурения. Наклонно-направленные способы позволяют сохранить пласт над забоем, избежав его нарушения. Это имеет огромное значение для сохранения целостности окружающей среды, позволяя в то же время выполнить все необходимые работы.

Современное оборудование позволяет выполнять направленное бурение скважин так же просто, как и обычное вертикальное.

Видео по теме: Бурение горизонтального участка

Читайте также: