СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИНЫ
METHOD FOR WELL CONSTRUCTION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве скважины.
Известен способ проходки неустойчивых глинистых пород при бурении нефтяных и газовых скважин, например глинистых сланцев, включающий углубление скважины долотом в интервале пласта с неустойчивыми глинистыми породами с использованием вязкопластичной промывочной жидкости в ламинарном режиме течения в кольцевом канале ствола скважины. Для обеспечения гарантированного ламинарного режима течения в кольцевом канале ствола скважины, следоватяельно, и проходки долотом упомянутого выше интервала без кавернообразования расход промывочной жидкости выбирают на 20-30% меньше критического расхода, при котором происходит смена ламинарного режима к турбулентному, при этом вязкопластичную промывочную жидкость выбирают с минимально возможной фильтроотдачей (патент РФ №2256762, опубл. 20.07.2005).
Недостатком известного способа является трудность определения критического расхода и поддержания ламинарного режима течения в кольцевом канале ствола скважины. Все это приводит к невоспроизводимости ламинарного режима, турбулизации потока промывочной жидкости, появлению кавернообразования и прихватам бурового инструмента при бурении скважины. Кроме того, применение ламинарного режима приводит к существенному замедлению скорости бурения скважины.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ строительства скважины, включающий бурение и крепление направления, кондуктора и промежуточной или эксплуатационной колонны. При бурении промежуточной или эксплуатационной колонны в качестве бурового раствора используют техническую воду, разбуривают зону осыпания породы и забуривают нижележащую зону с неосыпающимися породами, поднимают из скважины бурильную компоновку и спускают в скважину колонну бурильных труб с открытым концом, через скважину прокачивают глинистый буровой раствор, вытесняют глинистый буровой раствор на поверхность технической водой, вращают колонну бурильных труб и закачивают в колонну бурильных труб цементный раствор, при вхождении цементного раствора в затрубное пространство прекращают вращение и проводят расхаживание колонны бурильных труб на длину 10-14 м, продавливают цементный раствор технической водой той же плотности, что находится в скважине, в затрубное пространство до установления одинакового уровня в колонне бурильных труб и затрубном пространстве, поднимают из скважины колонну бурильных труб, проводят технологическую выдержку до схватывания цемента, разбуривают цементный мост той же бурильной компоновкой, которую применяли ранее, и продолжают строительство скважины до проектной отметки (Патент РФ №2439274, опубл. 10.01.2012 - прототип).
Недостатком известного способа является нерешенность вопроса строительства скважины, проходящей через зоны осыпания породы под большим зенитным углом порядка 75°.
В предложенном изобретении решается задача строительства скважины, проходящей через зоны осыпания породы под большим зенитным углом.
3
3
3
3
3
3
Задача решается тем, что в способе строительства скважины, включающем бурение и крепление направления, кондуктора и эксплуатационной колонны, согласно изобретению, перед разбуриванием кыновского горизонта с осыпающимися породами спускают резцовую коронку на бурильных трубах, закачивают в скважину раствор плотностью 1250-1350 кг/м, содержащий инертные длинноволокнистые наполнители из расчета 1-1,5 м на 10 м раствора до создания давления на устье 2,8-3,0 МПа при производительности насоса менее 15 м/ч, в скважине повышают давление, при нулевой приемистости и давлении не ниже 2,3 МПа скважину считают герметичной, производят замену в скважине глинистого раствора с длинноволокнистым наполнителем на глинистый раствор без длинноволокнистого наполнителя при расхаживании бурильной колонны, бурят наклонный ствол скважины с зенитным углом 74-77° в осыпающихся породах кыновского горизонта с компоновкой без системы телеметрии и наддолотного модуля гамма-каротажа при расходе промывочной жидкости 30-35 л/с и нагрузке на долото 7-9 тонн, в качестве промывочной жидкости используют гелево-эмульсионный раствор «МУЛЬТИБУР» плотностью 1250-1350 кг/м, при посадках инструмента и росте давления прокачки промывочной жидкости до 14-15 МПа буровую компоновку разгружают на 2-3 т, проводят промывку с постепенным увеличением расхода промывочной жидкости с 15 до 30 л/с с интенсивным расхаживанием и вращением на спуске инструмента, на сетках вибросита для фильтрации промывочной жидкости отмечают наличие крупного с размером более 1 см шлама кыновского горизонта без признаков набухания, вновь нагружают компоновку усилием 7-9 т и повторяют операции расхаживания до достижения давления прокачки промывочной жидкости 10-11 МПа, перед каждым наращиванием бурильной колонны производят промывку скважины в течение 45÷60 минут, после достижения ранее пробуренного забоя продолжают бурение с механической скоростью до 20 м/ч с промывками перед наращиванием до момента отсутствия на сетках крупного шлама, проводят шаблонировку ствола скважины с подъемом инструмента выше кыновского горизонта и спуском до забоя с последующим удалением бурового инструмента, спускают эксплуатационную колонну, цементируют заколонное пространство в одну ступень с продавливанием цементного раствора на пониженном режиме с расходом 5-6 л/сек при давлении 11-13 МПа до выхода на устье цементного раствора.
Сущность изобретения
При бурении осложненных осыпаниями горизонтов применяют разные технические решения, позволяющие пробурить относительно вертикальную скважину. Однако эти решения не пригодны при разбуривании пологих скважин с зенитными углами порядка 75°. В предложенном изобретении решается задача строительства скважины, проходящей через зоны осыпания породы под большим зенитным углом. Задача решается следующим образом.
Строят скважину. Выполняют бурение и крепление направления, кондуктора и эксплуатационной колонны.
3
3
3
3
3
3
При бурении эксплуатационной колонны перед разбуриванием кыновского горизонта с осыпающимися породами проверяют герметичность скважины. Спускают коронку (коронка - заостренные резцы по диаметру торцевой части низа бурильной колонны) на бурильных трубах, закачивают в скважину глинистый раствор плотностью 1250-1350 кг/м, содержащий инертные длинноволокнистые наполнители из расчета 1-1,5 м на 10 м раствора до создания давления на устье 2,8 0 3,0 МПа при производительности насоса менее 15 м/ч. В качестве длинноволокнистых наполнителей используют улюк, кордоволокно, опилки и т.п. В скважине повышают давление. При нулевой приемистости и давлении не ниже 2, 3 МПа скважину считают герметичной. При негерметичности скважины используемые наполнители позволяют ликвидировать негерметичность. Производят замену в скважине глинистого раствора с длинноволокнистым наполнителем на глинистый раствор без длинноволокнистого наполнителя при расхаживании бурильной колонны (расхаживание бурильного инструмента на длину ведущей трубы со скоростью 3-4 метра в минуту, с интервалом 1,5-2 м объема прокачки промывочной жидкости). Расхаживание необходимо для избежания заклинивания бурового интсрумента. Бурят наклонный ствол скважины с зенитным углом 74-77° в осыпающихся породах кыновского горизонта с компоновкой без системы телеметрии и наддолотного модуля гамма-каротажа при расходе промывочной жидкости 30-35 л/с и нагрузке на долото 7-9 тонн. В качестве промывочной жидкости используют гелево-эмульсионный раствор «МУЛЬТИБУР» плотностью 1250-1350 кг/м.
Мультибур соответствует патенту РФ №2369625 и содержит, мас.%: полимерный реагент высокой молекулярной массы 0,07-0,2, полимерный реагент низкой молекулярной массы 0,2-0,5, гидроксид натрия 0,02-0,05, формиат натрия 0,5-0,7, ксантановый биополимер 0,1-0,2, бактерицид 0,02-0,1, смазочная добавка 0,2-0,5, вода - остальное. Причем полимерный реагент высокой молекулярной массы выбирают из ряда высоковязких полианионных целлюлоз, а полимерный реагент низкой молекулярной массы - из ряда низковязких полианионных целлюлоз или полимерный реагент высокой молекулярной массы выбирают из ряда гидролизованных акриловых сополимеров высокой молекулярной массы, а полимерный реагент низкой молекулярной массы - из ряда акриловых сополимеров средней молекулярной массы.
В качестве полимерного реагента высокой молекулярной массы могут быть использованы различные гидролизованные акриловые сополимеры высокой молекулярной массы с молекулярной массой от 6000000 до 15000000 (например, Cydril 4000 («Cytec»), Полимер акриламида АК-631 (OOO «Гель-Сервис»), Poly-Kem D («Kem-Tron Technologies, inc.») и другие) или высоковязкие полианионные целлюлозы, представляющие собой очищенные натриевые карбоксиметилцеллюлозы, имеющие эффективную вязкость не менее 70 мПа·с, соответствующие API RP 13I (например, Aquapac R («Aqualon»), Staflo Regular («Aczo Nobel») и другие).
В качестве полимерного реагента низкой молекулярной массы можно использовать низковязкие полианионные целлюлозы, имеющие эффективную вязкость не более 40 мПа·с, соответствующие API RP 13I (например, Aquapac LV («Aqualon»), Staflo Exio («Aczo Nobel») и другие), а также возможно использование акриламидов средней молекулярной массы, полимеризированных с акрилатом натрия, со значительным распределением анионного заряда, имеющих молекулярную массу менее 5000000 (например, Cypan («Cytec»), Haihua PAN («United Haihua Company Limited») и другие).
Гидроксид натрия, выпускаемый по ТУ 2132-185-00203312-99, выполняет функцию регулятора pH.
В качестве ксантанового биополимера, играющего роль регулятора реологических свойств раствора, используются различные марки ксантановой камеди, полученной в результате воздействия бактерий на углеводы, имеющие молекулярную массу приблизительно 5000000 и пластическую вязкость 1% раствора в 1% растворе KCI 1300-1600 сПз, в частности, Xanthan Gum HV («United Haihua Company Limited»), Kem-X ((«Kem-Tron Technologies, inc.»).
В качестве смазочной добавки можно использовать смазочную добавку на основе растительных масел, либо смазочную добавку на основе модифицированных жирных кислот, либо смазочную добавку на основе натуральных масел, например ФК-2000 (ТУ 2458-002-49472578-03), Лубриол (ТУ 2458-001-74138808-06) и другие.
Формиат натрия (ТУ 2432-008-50685486-2004) выполняет функцию ингибитора набухания глинистых сланцев.
Для предотвращения биологического разложения ксантанового биополимера используется бактерицид, препятствующий росту сульфатвосстанавливающих бактерий, анаэробных бактерий, сине-зеленых водорослей и микроскопических грибов, например Бактерицид ЛПЭ-32 (ТУ 2458-039-00209295-02), M-I CIDE («M-I SWACO»).
3
При посадках (остановка колонны бурового инструмента при спуске под воздействием собственного веса) инструмента и росте давления прокачки промывочной жидкости до 14-15 МПа буровую компоновку разгружают (удерживая инструмент на весу увеличивают нагрузку на долото) на 2-3 т, проводят промывку с постепенным увеличением расхода промывочной жидкости с 15 до 30 л/с с интенсивным расхаживанием (спуско-подъемные операции на длину ведущей трубы со скоростью 5-6 метров в минуту) и вращением инструмента (ротором 60 оборотов в минуту). На сетках вибросита для фильтрации промывочной жидкости отмечают наличие крупного с размером более 1 см шлама кыновского горизонта без признаков набухания. Вновь нагружают компоновку усилием 7-9 т и повторяют операции до достижения давления прокачки промывочной жидкости 10-11 МПа. Перед каждым наращиванием бурильной колонны производят промывку скважины в течение 45-60 минут. После достижения ранее пробуренного забоя продолжают углубление с механической скоростью до 20 м/ч (механическая скорость - углубление забоя за определенный промежуток времени) с промывками перед наращиванием до момента отсутствия на сетках крупного шлама, Проводят шаблонировку ствола скважины с подъемом инструмента выше кыновского горизонта и спуском до забоя с последующим удалением бурового инструмента. Спускают эксплуатационную колонну, цементируют заколонное пространство в одну ступень с продавливанием цементного раствора на пониженном режиме (расход 5-6 л/сек) при давлении 11-13 МПа до выхода на устье цементного раствора. Далее бурят малым диаметром горизонтальный ствол скважины по продуктивному пласту. Скважину осваивают и запускают в эксплуатацию.
Комплекс примененных при строительстве скважины технических, технологических и организационных решений обеспечивает безаварийную проводку скважины через кыновские аргиллиты с соблюдением геометрических параметров без применения навигационной аппаратуры и дополнительных геофизических исследований в относительно короткий срок.
Пример конкретного выполнения
Таблица 1
Строят скважину конструкции согласно таблицы 1
№ пп
Название колонны
Диаметр, мм
Интервал спуска, м
Высота подъема цемента, м
долота
колонны
по вертикали
по стволу
1
2
3
4
5
6
7
1
Шахта
490
426
0-10
0-10
0-10
2
Направление
393,7
323,9
0-100
0-100
0-100
3
Кондуктор
295,3
244,5
0-330
0-330
0-330
4
Эксплуатационная
215,9
168,3
0-1735
0-1946
0-1946
5
Хвостовик-фильтр
144
114,3
1710-1739
1846-2224
1846-1946
На фиг.1 представлен профиль скважины.
Скважина имеет вертикальный участок 1, участок начального искривления с набором зенитного угла согласно проекту 2, участок набора зенитного угла с выходом на горизонталь 3 и участок горизонтального ствола 4.
Первые два участка являются стандартным и применяются в наклонно-направленном бурении для направления ствола скважины в точку продуктивного пласта, заданную проектом.
Бурение наклонно-направленных скважин обуславливается рельефом поверхности и применяется в случаях наличия смещения от точки бурения на поверхности (устье) до кровли продуктивного горизонта. При бурении наклонно-направленных скважин проводят систематический контроль за зенитным углом и направлением искривления ее ствола по всей глубине. Параметры кривизны корректируют оперативно в процессе бурения по результатам контрольных инклинометрических замеров, промежуточных и привязочных каротажей геофизических исследований скважин.
При бурении скважины встречаются осложнения, выявленные по результатам бурения соседних скважин и представленные в таблице 2.
Бурение вертикального 1 участка, под обсадную колонну диаметра 168 мм, из-под кондуктора производят:
- в интервале глубин 330-860 м, 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм, турбинным способом (забойный двигатель ТСШ-195), с расходом промывочной жидкости (естественная водяная суспензия ЕВС) 30-32 л/с.
3
- в интервале глубин 860-934 м, в верейских, башкирских и протвинских отложениях (зона осложнений по причине наличия в геологическом разрезе неустойчивых глинистых пластов и пластов- коллекторов с наличием водонасыщенных пластов) бурение на глинистом растворе с нерегламентируемыми параметрами (бывший в употреблении) удельного веса 1120-1300 кг/см, 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм с калибратором 215,9 мм, роторным способом, с расходом промывочной жидкости 15-16 л/с.
- в интервале глубин 934-1220 м 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм, турбинным способом (забойный двигатель ТСШ-195), с расходом промывочной жидкости (естественная водяная суспензия ЕВС) 30-32 л/с.
Бурение вертикального 2 участка производят:
- в интервале глубин 1220-1406 м с набором зенитного угла до 15 град. и его стабилизации, 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм, винтовым способом (забойный двигатель ДР-178.6/7.68), с расходом промывочной жидкости (естественная водяная суспензия ЕВС) 30-32 л/с.
3
- в интервале глубин 1406-1510 м, в нижнефаменском и верхнефранском отложениях (зона осложнений по причине наличия в геологическом разрезе кавернозных и трещиноватых карбонатных пород с наличием водонасыщенных интервалов) бурение на глинистом растворе с нерегламентируемыми параметрами (бывший в употреблении) удельного веса 1080-1350 кг/см, со стабилизацией зенитного угла 15 град, 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм с калибратором 215,9 мм, роторным способом, с расходом промывочной жидкости 15-16 л/с.
Бурение 3 участка производят:
- в интервале глубин 1510- 1790 м с набором зенитного угла до 75°, 3-шарошечным долотом диаметра 215,9 мм, винтовым способом (забойный двигатель ДР-178.6/7.68), с расходом промывочной жидкости (естественная водяная суспензия ЕВС) 30-32 л/с. В компоновку низа бурильной колонны входит навигационная система ЗТС-42ЭМ-М, с целью подачи непрерывного сигнала на поверхность параметров траектории бурения (данные по зенитному углу и азимуту).
Бурение 4 горизонтального участка производят следующим образом.
Спускают коронку на бурильных трубах до глубины 1790 м (до забойной проработки).
3
3
3
3
2. Закачивают в скважину раствор плотностью 1300 кг/м обработанный инертными наполнителями (улюк, кордоволокно, опила), из расчета 1-1,5 м на 10 мраствора до создания давления на устье Ру=2,9 МПа двумя клапанами бурового насоса (БРН-1) при производительности Q<15 м/ч. В стволе создают давление и если давление, при котором отсутствует приемистость составляет не ниже 2,3 МПа, производят полную очистку глинистого раствора от наполнителя через систему очистки с расхаживанием бурильной колонны.
3. 1-ый этап бурения горизонтального ствола в интервале 1794-1958 м ведут со стабилизацией траектории проводки ствола под зенитным углом 75-77° через неустойчивые породы кыновского горизонта.
Применяемая компоновка: долото PDC 215,9 MSRE516M - удлинитель вала 0,45 метр - двигатель ДШОТР-178 с нипельным центратором ⌀ 214 мм при расходе 30-35 л/с и нагрузке 7-9 тонн. Системы телеметрии и наддолотного модуля гамма-каротажа из компоновки были исключены по причине подобранного режима бурения, в результате чего возникают значительные вибрации бурильной колонны, генерируемые от колебаний на забое при работе долота, что в свою очередь отрицательно влияет на показания глубинных приборов.
Промывка осуществляется раствором «МУЛЬТИБУР»
Параметры раствора:
3
- плотность - 1300 кг/м;
- условная вязкость - 55 секунд;
- фильтрация - 1,8-2,0 мл/30 мин.
Содержание углеводородной фазы (мультиойл) - 10%.
Таблица 2
№ пп
Стратиграфия
Глубина кровли по стволу, м
Возможные осложнения
Мероприятия по ликвидации осложнений
1
2
3
4
6
1
Четвертичные
0
2
Казанский ярус
1
3
Уфимский ярус
141
4
Артинский
271
Поглощение частичное (при бурении под кондуктор)
Намыв инертного наполнителя (с последующей цементной заливкой 9'' кондуктора)
5
Верхний карбон
421
6
Мячковский
573
7
Подольский
682
8
Каширский
762
9
Верейский
827
Осыпание стенок скважины
Установка цементного моста
10
Башкирский ярус
839
11
Протвинский
881
Поглощение частичное (а.о. - 592-663 м)
Бурение на глинистом растворе с последующей цементной заливкой в интервале 863-934
12
Серпухоокский
923
13
Тульский
1154
14
Бобриковский
1178
Осыпание стенок скважины
Установка цементного моста
15
Турнейский
1194
16
в. Фаменский
1330
17
н. фаменский
1403
Поглощение частичное (а.о. - 1131-1231 м)
Бурение на полимер-глинистом растворе с последующей цементной заливкой в интервале 1406-1510 м
18
Верхнефранский подъярус
1491
Бурение на глинистом растворе с последующей цементной заливкой в интервале 1406-1510 м
19
Бурегский
1648
20
Семилукский
1701
21
Саргаевский
1790
22
Кыновский
1830
Осыпание стенок скважины
бурение на полимер-глинистом растворе.
23
Пашийский
1958
24
Забой скважины
2222
Механическая скорость составяет:
- в интервале 1794-1832 м 5 метров в час (мергели, известняк);
- в интервале 1832-1953 м 20 метров в час (кыновские аргиллиты);
- в интервале 1953-1958 м 3 метра в час (известняк)
При забое 1884 метра буровой инструмент был поднят и выполнены геофизические работы: инклинометр и радиоактивный каротаж. По данным ГИС кровля кыновских аргиллитов 1832 м, зенитный угол на 1880 - 74,9 градусов.
3
При спуске инструмента на входе в кыновский горизонт (1824 - 1842 м) происходили посадки инструмента и рост давления с разрывом предохранительной диафрагмы на манифольде (14,4 МПа). Буровой инструмент с затяжками поднимают на глубину 1822 м. Проводят промывку с постепенным увеличением расхода с 15 до 30 л/с с интенсивным расхаживанием и вращением инструмента. На сетках вибросит отмечают наличие крупного (более 1 см) шлама кыновского горизонта без признаков гидратации (набухания). В дальнейшем при прохождении кровли кыновского горизонта также отмечались незначительные посадки и рост давления до 10,5 МПа (рабочее давление составляет 9,0-9,5 МПа). Проработку интервала 1832-1884 м проводят при разгрузке инструмента на 2-3 тонны с промывкой при расходе 30 л/с, со скоростью 40 м/час. Перед каждым наращиванием производят интенсивную промывку в течение 45÷60 минут. После достижения ранее пробуренного забоя (1884 м) продолжают углубление с механической скоростью до 20 м/ч с промывками перед наращиванием до момента отсутствия на сетках крупного шлама.
При забое 1953 м произошло резкое снижение механической скорости до 3 м/час. В образцах шлама отмечается известняк. При достижении забоя 1958 углубление останавливают в связи с явными признаками вскрытия репера «Верхний известняк». Принимают решение на спуск технической колонны без проведения каротажа.
Производят шаблонировку ствола скважины с подъемом инструмента выше кыновского горизонта и спуском до забоя с последующим выбросом бурового инструмента.
Спускают колонну диаметром 168 мм в интервале 1830-1958 м с постепенно увеличивающимися посадками, обусловленными траекторией ствола и жесткостью компоновки.
3
3
3
Крепление колонны проводят в одну ступень. После закачки 15 м продавочной жидкости при расчетном объеме 37,8 м отмечают рост давления до 18 МПа. Продавливание цементного раствора продолжено на пониженном режиме при давлении 12 МПа до получения момента «стоп» и выхода на устье 7 м цементного раствора.
Общее время от начала вскрытия кыновского горизонта до окончания заливки технической колонны составило 116,5 часа.
По окончанию затвердения цемента через 48 часов разбурен цементный стакан в башмаке колонны и выполнен комплекс гидродинамических исследований скважины. По данным инклинометра зенитный угол на глубине 1958 м - 76,8 градуса. Кровля репера «Верхний известняк» - 1953 м. По данным АКЦ (аккустическийй каротаж цементирования), СГДТ (спектральный гамма дефектомер-толщиномер) качество цемента за технической колонной в интервале 1832-1951 - сплошной контакт. Выше и ниже напротив «Верхнего известняка» (твердая карбонатная порода расположенная под кыновскими глинами) и «Аяксов» (твердая карбонатная порода расположенная над кыновскими глинами) - частичное. Возможной причиной такого несоответствия результата цементажа (при вскрытии на полимер глинистых растворах - частичный или плохой) является « сухое» состояние стенки скважины в кыновском горизонте.
Применение предложенного способа позволит решить задачу строительства скважины, проходящей через зоны осыпания породы под большим зенитным углом.