СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН ИЛИ ВТОРЫХ СТВОЛОВ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ОКОНЧАНИЕМ
METHOD OF DRILLING WELLS OR SECOND BOREHOLES WITH HORIZONTAL COMPLETION

Способ бурения скважин или вторых стволов с горизонтальным окончанием.
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к бурению нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин и вторых стволов с горизонтальным окончанием.
Известен способ проводки и крепления наклонно направленной скважины с вскрытием продуктивного пласта горизонтальным участком ствола, включающий проводку основного ствола до продуктивного горизонта, крепление основного ствола обсадными трубами технической колонны выше продуктивного горизонта, осуществление дальнейшей проводки основного ствола с набором зенитного угла и его стабилизации до выхода на горизонтальный участок скважины с входом в продуктивный пласт, после чего проводку горизонтального участка скважины осуществляют долотом диаметром, меньшим диаметра основного ствола, открытым забоем до проектной величины, отличающийся тем, что из-под технической колонны в скважину опускают эксплуатационную колонну с вводом ее в продуктивный пласт на горизонтальном участке скважины до проектной величины, после чего осуществляют крепление колонны (см. патент РФ №2089714, МПК Е21В 7/04).
Однако данный способ не дает возможности провести геофизические исследования для определения емкостно-фильтрационных характеристик пласта и его насыщения. Его применение целесообразно для пластов с продуктивной мощностью более 10 м и выдержанностью геологического строения месторождения. Способ не позволяет войти в продуктивный пласт с точностью до 1-2 м, что важно при относительно небольшой мощности продуктивного пласта 1-10 м и изменяющейся абсолютной отметки геологической кровли пласта. Вследствие этого данный способ не позволяет осуществить эффективное вскрытие продуктивных пластов, так как допускает возможность пересечения горизонтальным участком глинистых или обводненных пропластков, что обуславливает извлечение из пласта меньшего количества жидкости (газа, газоконденсата) с возможным существенным содержанием воды.
Наиболее близким к предлагаемому является способ вскрытия вторым стволом обводненных продуктивных пластов при восстановлении бездействующих скважин нефтяных месторождений, находящихся на поздних стадиях разработки. Способ вскрытия обводненных продуктивных пластов, заключающийся в бурении через окно в эксплуатационной колонне восстанавливаемой скважины второго ствола, который заканчивают горизонтальным участком в продуктивном пласте, имеет отличительные особенности в том, что через окно в эксплуатационной колонне восстанавливаемой скважины производят бурение наклонного пилотного ствола (пилот-ствола), которым пересекают продуктивный пласт от кровли до подошвы (с зенитным углом до 50°), проводят в пилотном стволе геофизические исследования последнего, выявляют нефтенасыщенный пропласток продуктивного пласта, устанавливают изолирующий этот пласт цементный мост от забоя пилотного ствола до места забуривания горизонтального участка второго ствола и бурят этот участок по нефтенасыщенному пропластку в секторе, направление которого определяется азимутом пилотного ствола. Изобретение позволяет осуществлять вскрытие обводненных продуктивных пластов по нефтенасыщенным пропласткам и извлекать из них безводную нефть с месторождений, находящихся на поздних стадиях разработки (см. патент РФ №2220271, МПК Е21В 7/04).
Недостатком данного способа является бурение наклонного пилотного ствола под зенитным углом γ не более 50° и цементный мост, используемый для срезки. После установки цементного моста в пилотном стволе необходимо время его затвердевания. Обычно 48 часов. Пилотный ствол бурится под зенитным углом γ не более 50° из-за того, что при большем зенитном угле с помощью цементного моста практически невозможно выйти из пилотного ствола. В связи с зенитным углом менее 50° бурится протяженный участок от места забуривания горизонтального ствола до набора зенитного угла в 90° и входа в продуктивный пласт (протяженный участок в дальнейшем именуется транспортный ствол). Так как цементный мост по прочности значительно слабее вмещающих пород, редко получается сразу наработка желоба и качественная срезка с выходом из пилотного ствола. Приходится ставить повторный цементный мост и повторять срезку. Чтобы решить проблему выхода из пилотного ствола, цементный мост ставят гораздо выше и производят наработку желоба с изменением нагрузки на долото и скорости вращения до тех пор, пока не произведут срезку. За время бурения транспортного ствола происходит значительное смещение горизонтального участка от пилотного ствола по направлению его азимута. Это повышает вероятность изменения емкостно-фильтрационных характеристик пласта и его насыщение, т.е. возможно пересечение горизонтальным участком глинистых или обводненных пропластков. Для решения этой проблемы ставят цементный мост значительно выше кровли продуктивного пласта, производят срезку против направления азимута пилотного моста, проводят дальнейшее бурение так, чтобы вскрыть продуктивный пласт в одной точке с пилотным стволом. Это увеличивает протяженность транспортного ствола до 900 метров. За время бурения транспортного ствола производят замеры кривизны ствола геофизическим прибором (инклинометром или гироскопом). Однако на больших расстояниях из-за погрешности прибора происходит расхождение между значениями абсолютных отметок в пилотном и транспортном стволе до 2 м по вертикали, что не позволяет четко вскрыть продуктивный пласт в намеченном пропластке. Все вышеперечисленное приводит к увеличению цикла строительства скважины, снижению притока из пласта с возможным существенным содержанием воды.
Задача настоящего изобретения заключается в упрощении бурения горизонтального участка за счет исключения необходимости бурения транспортного ствола (от 100 до 900 м по стволу), производстве качественной и быстрой срезки за счет использования соответствующего средства, обеспечении четкой геологической привязки горизонтального участка к пилотному стволу.
Технический результат заключается в повышении точности вскрытия продуктивного пласта при сокращении сроков бурения, повышении дебита нефти (газа, газоконденсата) и снижении обводненности продукции.
Поставленная задача достигается тем, что в способе бурения скважин или вторых стволов с горизонтальным окончанием, включающем бурение пилотного ствола с заданным зенитным углом для вскрытия продуктивного пласта и проведение геофизических исследований, спуск эксплуатационной колоны, бурение горизонтального участка в продуктивном пласте, согласно решению осуществляют бурение горизонтального ствола, включающего горизонтальный участок, срезку под его бурение проводят из пилотного ствола, который снабжен средством для срезки, выполненным с возможностью изменения зенитного угла для выхода на горизонтальный участок в процессе бурения, при этом пилотный ствол бурят с зенитным углом до 89°.
Средство может быть выполнено в виде клина-отклонителя. Клин-отклонитель спускают в эксплуатационную колонну на трубах с его последующей ориентацией в заданном направлении и установкой или устанавливают на нижнюю часть эксплуатационной колонны перед ее спуском с его последующей ориентацией вместе с эксплуатационной колонной в заданном направлении и установкой или ориентируют и устанавливают на трубах в пилотном стволе до спуска эксплуатационной колонны.
Кроме того, средство может быть выполнено в виде участка пилотного ствола с измененным диаметром или в виде моста из материалов с прочностью, сопоставимой с прочностью пород пилотного ствола.
Пилотным стволом вскрывают часть продуктивного пласта или реперного геофизического пропластка.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 представлено бурение горизонтального ствола с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого в эксплуатационную колонну на трубах. На фиг.2 представлено бурение горизонтального ствола с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого на эксплуатационную колонну (до цементажа скважины) и спускаемого совместно с ней. На фиг.3 представлено бурение горизонтального участка с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого в пилотном стволе на трубах, перед спуском эксплуатационной колонны. На фиг.4 представлено бурение горизонтального участка с помощью изменения диаметра скважины. на фиг.5 представлено бурение горизонтального участка с помощью моста из материалов с прочностью, сопоставимой с прочностью вмещающих пород пилотного ствола. На фиг.6 представлено бурение горизонтального участка при вскрытой части продуктивного пласта с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого на эксплуатационную колонну (до цементажа скважины) и спускаемого совместно с ней. На фиг.7 представлено бурение горизонтального участка при вскрытой части продуктивного пласта с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого в эксплуатационную колонну на трубах. На фиг.8 представлено бурение горизонтального участка при вскрытой части продуктивного пласта с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого в пилотном стволе на трубах, перед спуском эксплуатационной колонны. На фиг.9 представлено бурение горизонтального участка второго ствола с помощью моста из материалов с прочностью, сопоставимой с прочностью вмещающих пород пилотного ствола. На фиг.10 представлено бурение горизонтального участка второго ствола с помощью клина-отклонителя, устанавливаемого в пилотном стволе на трубах, где:
1 - направление;
2 - кондуктор;
3 - эксплуатационная колонна;
4 - горизонтальный ствол с горизонтальным участком;
5 - средство для срезки;
6 - отсекающий цементный мост;
7 - пилотный ствол;
8 - клин-отклонитель, устанавливаемый на трубах в эксплуатационной колонне восстанавливаемой скважины, для зарезки второго ствола.
Способ осуществляется следующим образом. Бурят под направление 1, осуществляют его спуск. Бурят под кондуктор 2, осуществляют его спуск. В зависимости от геологических условий возможно бурение под техническую(ие) колонну(ы) и ее(их) спуск. Целесообразность бурения под направление 1, кондуктор 2, технические колонны обусловлено геологическими характеристиками месторождения. Бурят пилотный ствол 7 в намеченную точку с зенитным углом до 89° (оптимально 70-82°). Входят в продуктивный пласт, его часть или реперный геофизический пропласток. Проводят геофизические исследования с целью определения емкостно-фильтрационных характеристик, насыщения продуктивного пласта, его части, выделения реперных геофизических пропластков. Профиль пилотного ствола 7 должен обеспечить забуривание горизонтального ствола 4. Выбирают средство (метод) 5 и технологию его установки (использования) с целью последующего быстрого изменения зенитного угла в процессе бурения под горизонтальный ствол 4 (в зависимости от геологических условий, профиля скважины). Эта операция позволяет пройти горизонтальный участок по намеченному продуктивному пропластку в непосредственной близости от пилотного ствола 7. Возможны различные варианты выполнения изобретения.
Первый вариант (см. фиг.1) заключается в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Проводят геофизические исследования, спускают эксплуатационную колонну 3. Глубину установки «башмака» и ЦКОДа (центральный клапан обратного действия) выбирают в зависимости от профиля пилотного ствола 7 и геологических условий. Если пилотным стволом 7 вскрывают границу водонефтяного контакта, то колонну 3 необходимо спускать ниже ее границы, иначе ставят отсекающий цементный мост 6 (для предотвращения перетоков). Производят цементную заливку эксплуатационной колонны 3. Выбирают место установки клина-отклонителя 5. При этом клин-отклонитель может быть извлекаемый и неизвлекаемый. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. Спускают и устанавливают клин-отклонитель 5 на трубах в нужном направлении. Извлекают трубы. Производят срезку (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Второе средство можно увидеть на фиг.2. Заключается оно в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Проводят геофизические исследования, ставят отсекающий цементный мост 6 (для предотвращения перетоков). Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола 7 и геологических условий. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. На нижнюю часть эксплуатационной колонны ставят клин-отклонитель 5. Затем спускают эксплуатационную колонну 3. В процессе и при окончании спуска ориентируют колонну с клином-отклонителем в нужном направлении. Производят цементную заливку эксплуатационной колонны 3. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Третье средство можно увидеть на фиг.3. Заключается оно в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Проводят геофизические исследования, ставят отсекающий цементный мост 6 (для предотвращения перетоков). Выбирают место установки клина-отклонителя 5 в зависимости от профиля пилотного ствола 7, геологических условий и верхней границы цементного моста 6. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. Спускают и ориентируют клин-отклонитель 5 на трубах. Устанавливают его. Извлекают трубы. Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола 7, геологических условий и установки клина-отклонителя 5. Затем спускают эксплуатационную колонну 3. Производят ее цементную заливку. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Четвертый метод можно увидеть на фиг.4. Заключается он в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. В месте предполагаемой срезки в пилотном стволе 7 обеспечивают изменение (уменьшение или увеличение) диаметра 5. Проводят геофизические исследования пилотного ствола 7. Ставят отсекающий цементный мост 6 (для предотвращения перетоков). Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола и геологических условий и места изменения диаметра. Спускают эксплуатационную колонну 3. Производят цементную заливку эксплуатационной колонны. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (разные диаметры пилотного ствола 5 позволяют наработать желоб и произвести срезку в нужном направлении с последующим набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Пятое средство можно увидеть на фиг.5. Заключается оно в следующем: после того как пробурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4, проводят геофизические исследования, ставят отсекающий мост из композиционных материалов 5. По прочности «камня» мост должен быть сопоставим с вмещающими его породами пилотного ствола. Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола 7, геологических условий и верхней границы моста 5. Спускают эксплуатационную колонну 3. Производят ее цементную заливку. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (прочная, верхняя граница моста будет служить для срезки). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Шестое средство можно увидеть на фиг.6. Заключается оно в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Вскрывают часть пласта или реперный геофизический пропласток и проводят геофизические исследования. Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола 7 и геологических условий. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе 5 с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. На нижнюю часть эксплуатационной колонны 3 ставят клин-отклонитель 5. Затем спускают эксплуатационную колонну 3. В процессе и при окончании спуска ориентируют колонну с клином-отклонителем 5 в нужном направлении. Производят цементную заливку эксплуатационной колонны 3. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Седьмое средство можно увидеть на фиг.7. Заключается оно в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Вскрывают часть пласта или реперный геофизический пропласток и проводят геофизические исследования. Глубину установки «башмака» и ЦКОДа выбирают в зависимости от профиля пилотного ствола 7 и геологических условий. Производят цементную заливку эксплуатационной колонны 3. Выбирают место установки клина-отклонителя 5. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. Спускают и устанавливают клин-отклонитель 5 на трубах в нужном направлении. При этом клин-отклонитель может быть извлекаемый и неизвлекаемый. Производят срезку (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Восьмое средство можно увидеть на фиг.8. Заключается оно в следующем: бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Вскрывают часть пласта или реперный геофизический пропласток и проводят геофизические исследования. Выбирают место установки клина-отклонителя 5 в зависимости от профиля пилотного ствола 7 и геологических условий. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. Спускают и ориентируют клин-отклонитель 5. Устанавливают его. Выбирают значение установки «башмака» и ЦКОДа в зависимости от профиля пилотного ствола 7, геологических условий и установки клина-отклонителя 5. Затем спускают эксплуатационную колонну 3. Производят ее цементную заливку. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Девятое средство можно увидеть на фиг.9. Заключается оно в следующем: в восстанавливаемой скважине ориентируют и устанавливают клин-отклонитель 8. С его помощью вырезают окно и бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Пилотным стволом 7 вскрывают пласт или его часть. Проводят геофизические исследования, ставят отсекающий мост 5 из композиционных материалов. По прочности камня мост должен быть сопоставим с вмещающими его породами пилотного ствола 7. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (прочная, верхняя граница моста будет служить для срезки). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Десятое средство можно увидеть на фиг.10. Заключается оно в следующем: в восстанавливаемой скважине ориентируют и устанавливают клин-отклонитель 8. С его помощью вырезают окно и бурят пилотный ствол 7 с зенитным углом, позволяющим забурить горизонтальный ствол 4. Пилотным стволом 7 вскрывают пласт или его часть. Проводят геофизические исследования, ставят отсекающий цементный мост 6. Выбирают угол отклонения на клине-отклонителе с целью беспрепятственной срезки и точного вхождения в продуктивный пропласток. Спускают на трубах, ориентируют и устанавливают клин-отклонитель 5 в пилотном стволе 7. При этом клин-отклонитель 5 может быть извлекаемый и неизвлекаемый. Начинают бурение горизонтального ствола 4 (из-за клина-отклонителя срезка производится в нужном направлении с набором зенитного угла). Набирают необходимый зенитный угол, входят в продуктивный пропласток, бурят горизонтальный участок.
Возможно использование еще нескольких средств и методов в способе бурения скважин или вторых стволов с горизонтальным окончанием. Их применение вряд ли приведет к сокращению цикла строительства скважины и не будет рассматриваться, но при развитии технологий возможно совершенствование способа.
Существенным отличием предлагаемого способа является отсутствие необходимости бурения транспортного ствола, т.к. горизонтальный ствол с выходом на горизонтальный участок бурят непосредственно из пилотного ствола. При этом способ позволяет быстро изменить зенитный угол в процессе бурения под горизонтальный ствол за счет бурения пилотного ствола под необходимым зенитным углом до 89°.